Propylen är en av de viktigaste petrokemiska råvarorna, näst efter eten. För att möta den ständigt ökande efterfrågan är alternativa tekniker för propenproduktion i akut behov, bland vilka propandehydrering (PDH) har ansetts vara den mest lovande.
Som en billig och miljövänlig kandidat har Ni-baserade katalysatorer väckt stort intresse hos forskare i olika katalytiska tillämpningar, såsom hydrering, reformering av metan, elektrokemisk och fotokatalytisk, etc. Det har dock gjorts få studier av Ni i alkandehydrering under höga temperaturer, troligtvis för att Ni-arter lätt reduceras till metall Ni-nanopartiklar (NP) under den hårda reaktionen, vilket kan resultera i djup dehydrering och dålig selektivitet.
Som en ny gräns inom katalysområdet har enkelatomskatalysatorer (SAC) använts i stor utsträckning i olika katalytiska reaktioner, men deras tillämpning vid dehydrering av lätta kolväten vid höga temperaturer har varit begränsad. Vid propandehydrering är aktivering av C-H-bindningar okänslig för katalysatorstrukturen, men oönskade sidoreaktioner såsom hydrolys, isomerisering och koksning är typiska strukturkänsliga reaktioner som kräver deltagande av flera metallatomer.
Därför har SAC med isolerade dispergerade metallaktiva centra uppenbara fördelar när det gäller att undertrycka dessa sidoreaktioner och blir potentiella kandidater för katalytisk dehydrering av alkaner.
Nyligen visade ett forskarlag under ledning av prof. Botao Qiao från Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, att anatas TiO2 uppburen Ni-enatomkatalysator (Ni1 /A-TiO2 ) uppvisade inte bara överlägsen inre aktivitet och propenselektivitet utan också mycket bättre stabilitet än motsvarande Ni-nanopartikel (NP)-katalysator (NiNP /A-TiO2 ) i PDH-reaktion vid 580°C.
Hastigheten för propenproduktion på Ni1 /A-TiO2 var ca 1,96 molC3H6 ·gNi -1 ·h -1 , över 65 gånger än NiNP /A-TiO2 prov (0,03 molC3H6 ·gNi -1 ·h -1 ).
I kombination med HAADT-STEM, in-situ CO-DRIFTS, in-situ XPS och XAS-karakteriseringar bekräftade de att Ni SAC huvudsakligen innehåller individuella Ni-atomer var för sig dispergerade på bäraren i positivt Ni(II)-valenstillstånd, med huvudsakligen spelade som ett aktivt centrum snarare än främjade bildandet av koordinerade omättade Ti-jonställen.
Dessutom, som ett resultat av stark metall-stöd interaktion mellan Ni NPs och TiO2 bärare under reducerade förhållanden inkapslades Ni-nanopartiklarna av TiOx överskiktet (~2 nm tjockt) visade således lägre initial propanomvandling och lägre hållbarhet. Detta arbete belyser fördelen med enatomskatalysatorn med ett isolerat aktivt ställe i PDH-reaktionen och ger en referens för framtida forskning om framställning och tillämpning av SAC.
Resultaten publiceras i Chinese Journal of Catalysis .
Mer information: Qian Zhang et al, Katalytisk propandehydrering genom anatasstödda Ni-enatomkatalysatorer, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64584-X
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
