Styreen, de chemische stof die wordt gebruikt om polymeren en harsen te maken die worden gebruikt in plastic, wegwerpverpakkingen, latex, synthetisch rubber, isolatie en meer, is alomtegenwoordig in het dagelijks leven.

Gezien de prevalentie en het belang ervan, is een goedkope, energie-efficiënte en ecologisch duurzame productiemethode van cruciaal belang. De traditionele - en momenteel meest gebruikelijke - methode om het te produceren door middel van dehydrogenering van ethylbenzeen, heeft echter nadelen op deze gebieden:het vereist overmatige oververhitte stoom of resulteert in een gebrek aan nauwkeurige controle van de structuuruniformiteit van katalysatoren.

Nu heeft een team van onderzoekers onder leiding van Hongyang Liu van de Chinese Academie van Wetenschappen, Institute of Metal Research, een methode ontwikkeld voor dehydrogenering van ethylbenzeen onder zuurstofvrije omstandigheden met volledig blootgestelde platina (Pt)-clusterkatalysatoren die resulteren in de positieve eigenschappen van hoge activiteit, selectiviteit en stabiliteit, evenals lagere energie- en financiële kosten. De resultaten worden op 10 juli gepubliceerd in Nano Research .

"We hebben volledig blootgestelde Pt-clusterkatalysatoren voorbereid door gebruik te maken van de koolstofdefecten op het oppervlak van de grafeenondersteuning en de fysieke segregatie van atomair gedispergeerd tin (Sn)", zei Liu, die ook is aangesteld aan de University of Science and Technology of China. . "De volledig blootgestelde Pt-clusters kunnen de desorptie van het doelproduct styreen bevorderen, waardoor het een hogere dehydrogeneringsactiviteit en stabiliteit vertoont dan Pt-nanodeeltjeskatalysatoren."

Daarentegen vond een gebruikelijke eerdere methode van ethylbenzeendehydrogenering plaats over op ijzeroxide gebaseerde katalysatoren, vereiste hoge temperaturen die resulteren in koolstofafzetting en vereiste overmatige oververhitte stoom. Om dit te verhelpen, hebben onderzoekers single-atom-katalysatoren (SAC) en volledig blootgestelde clusterkatalysatoren (FECCS) gebruikt.

"SAC's en FECC's leveren een breed scala aan atomaire dispersie en volledige gebruiksefficiëntie van de metalen, die voor verhoogde activiteit kunnen zorgen en veel belangstelling hebben gekregen", zei Liu. "Vooral de actieve sites van FECC's bevatten over het algemeen diverse combinaties van meerdere metaalatomen en zijn geschikt voor het katalyseren van reactanten die ensemble-metaalsites nodig hebben."

SAC's en FECC's hebben echter hun eigen beperkingen, waaronder onnauwkeurige controle van de structuuruniformiteit van FECC's en aggregatie van metaalatomen in metaalclusters of nanodeeltjes veroorzaakt door hun hoge oppervlakte-energie en thermodynamische instabiliteit bij blootstelling aan hoge temperaturen.

Terwijl andere onderzoekers ernaar streefden om FECC's te ontwerpen met een hoge activiteit en hoge stabiliteit die geschikt zijn voor reacties bij hoge temperaturen zoals ethylbenzeendehydrogenering, zoals dit team van onderzoekers deed, gebruikten eerdere studies niet-edele metaaloxiden of koolstofmaterialen voor katalysatoren, die hoge energie vereisen en waterverbruik en resulteren in een lage activiteit. Het energieverbruik kan worden aangepakt door oxidatie van het proces, maar dat leidt tot lage selectiviteit en gevaren bij ontvlambare mengsels.

"In ons onderzoek hebben we atomair gedispergeerde Sn-versierde nanodiamant / grafeen-ondersteunde volledig blootgestelde Pt-clusterkatalysatoren gebruikt voor ethylbenzeendehydrogenering onder zuurstofvrije omstandigheden, die een hoge activiteit, selectiviteit en stabiliteit vertoonden in vergelijking met eerdere katalysatoren, wat een nieuwe weg opent voor het ontwerpen van stabiele atomair gedispergeerde metaalkatalysatoren," zei Liu. "We hebben goede katalytische prestaties behaald bij de dehydrogenering van alkaan."

Een ander deel van de aantrekkingskracht van deze methode, volgens de onderzoekers, is het vermogen om te worden aangepast aan andere soorten katalysatoren.

"Ruthenium-, rhodium- en iridiumkatalysatoren werden bereid met dezelfde bereidingsmethode en vertoonden allemaal goede katalytische prestaties bij de directe dehydrogenering van ethylbenzeen, wat aangeeft dat de efficiënte methode voor het ontwerpen van katalysatoren die in dit artikel wordt voorgesteld, universeel is," zei Liu. "De katalysatorontwerpmethode biedt een nieuw idee voor het ontwerpen van efficiënte atomair gedispergeerde metaalalkaandehydrogeneringskatalysatoren."

De onderzoekers zeggen dat ze de ontwerpmethoden en toepassingen van atomair gedispergeerde metaalkatalysatoren in dit onderzoek zullen blijven ontwikkelen, waaronder multimetalen, diverse reacties, praktische toepassingen en meer. + Verder verkennen

Hoogbelastende atomair gedispergeerde Ir/MoC-katalysator voor hydrogeneringsreactie