人們雖然發現非貴金屬催化劑是具有前景的丙烷脫氫催化劑,但是如何得到更高的丙烯選擇性仍然是個巨大的挑戰,并且需要調節催化劑的微環境。
有鑒于此,天津大學鞏金龍教授、趙志堅教授等通過理論和實驗方法研究三個常見的丙烷脫氫金屬催化劑(Pt, Pd, 非貴金屬Ni)。
本文要點
(1)
研究發現Ni催化劑的選擇性較低是因為Ni原子之間的距離(Δd)較小,導致Ni容易發生副反應。Ni的金屬間合金能夠改變Δd,從而實現調控催化劑的微環境,這種Δd描述符被稱之為孤立度(degree-of-isolation)。
(2)
通過在孤立度和選擇性之間建立火山形曲線,能夠直接預測催化劑的丙烯選擇性。發現丙烯選擇性存在兩種相互競爭的因素(直接脫附vs進一步脫氫)。
優化得到的NiIn催化劑具有合適的Ni-C排斥性,丙烷脫氫催化反應的丙烯選擇性>91 %。這項研究解釋Ni基催化劑在丙烷脫氫催化反應的Sabatier機理,說明微環境調控的重要作用。
參考文獻
Xin Chang, Zhenpu Lu, Ran Luo, Xianhui Wang, Guodong Sun, Donglong Fu, Zhi-Jian Zhao, Jinlong Gong, Microenvironment engineering of non-noble metal alloy for selective propane dehydrogenation, Chem 2024
DOI: 10.1016/j.chempr.2024.08.017
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929424004327