Pt-baserade katalysatorer har använts i stor utsträckning i processer för katalytisk propandehydrogenering (PDH) och spelar en avgörande roll vid produktion av propen. Men monometalliska Pt-katalysatorer uppvisar ofta sämre propenselektivitet på grund av hydrogenolysen, snabb deaktivering från koksavlagringar och nanopartikelsintring. För att möta dessa utmaningar har olika metaller (Sn, Zn, Ga, Co, etc.) introducerats för att förbättra selektiviteten och stabiliteten hos Pt-baserade katalysatorer.
Vanligtvis anses bildandet av metallegeringar, ansvariga för att modulera den geometriska och elektroniska strukturen hos Pt, vara en primär faktor som bidrar till förbättrad prestanda. Ändå tenderar denna modifiering att undertrycka förmågan hos Pt att aktivera CH-bindningar, en kritisk aspekt i dehydreringsreaktioner.
Aktiveringen av starka C-H-bindningar inom alkanmolekyler kräver en betydande energitillförsel, vilket resulterar i relativt höga barriärer för dehydreringsprocessen. För att ytterligare förbättra den katalytiska effektiviteten hos Pt-baserade katalysatorer i PDH, är en mer intrikat design av aktiva centra med en robust förmåga att aktivera propan och en hög selektivitet för propen en nödvändig strävan fortfarande en nödvändig strävan.
Nyligen rapporterade ett forskarlag under ledning av professor Yong Wang från Zhejiang University, Kina, en anmärkningsvärt effektiv gränssnittsväg för enkel C-H-bindning vid Pt-GaOx gränssnitt genom att inducera O-platser genom elektronisk störning av Pt. Ga2 O3 arter på Pt (111) fungerar som en bro, vilket möjliggör enkel dehydrering.
Denna process involverar jonisering av propanmolekylen till en proton och ett milt alkylskifte, följt av jämn H-spillover vid höga temperaturer. Viktigt är att denna mekanism skiljer sig markant från den radikala mekanism som observeras på monometalliska och/eller legerade Pt-ytor.
Resultaten har publicerats i Chinese Journal of Catalysis .
Densitetsfunktionella teoriberäkningar visar att syreställena för Ga2 O3 arter på Pt-ytan uppvisar högre liggande O 2p-tillstånd och en avsevärd densitet av tillstånd runt Fermi-nivån på grund av den elektroniska störningen av den underliggande Pt.
Följaktligen visar dessa platser en uttalad affinitet för H och en exceptionellt låg energibarriär (mindre än 0,30 eV) för CH-dissociation. Dessutom bidrar Ga-oxidkomponenten också till modifieringen av den geometriska strukturen hos Pt-nanopartiklar. Denna modifiering leder till en minskning av ensemblestorleken, vilket främjar selektiv produktion av propen.
Den designade Pt/Ga-Al2 O3 katalysatorer visar sin överlägsna prestanda i PDH-reaktionen jämfört med benchmark PtSn/Al2 O3 katalysatorer.
Mer information: Zhe Wang et al, Electronic perturbation-promoted interfacial pathway for facile C–H dissociation, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64575-9
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
