Wetenschap
Onderzoek toont aan dat anataas-ondersteunde Ni-katalysatoren met één atoom voor dehydrogenering van propaan aantonen
Propeen is een van de belangrijkste petrochemische grondstoffen, na ethyleen op de tweede plaats. Om aan de steeds groter wordende vraag te voldoen, zijn alternatieve technologieën voor de productie van propyleen dringend nodig, waarvan de propaandehydrogenering (PDH) als de meest veelbelovende wordt beschouwd.
Als goedkope en milieuvriendelijke kandidaat hebben op Ni gebaseerde katalysatoren brede belangstelling getrokken van onderzoekers in verschillende katalytische toepassingen, zoals hydrogenering, reforming van methaan, elektrochemische en fotokatalytische toepassingen, enz. Er is echter weinig onderzoek gedaan naar Ni bij de dehydrogenering van alkanen. hoge temperaturen, waarschijnlijk omdat Ni-soorten tijdens de heftige reactie gemakkelijk worden gereduceerd tot metaal-Ni-nanodeeltjes (NP's), wat kan resulteren in diepe dehydrogenering en slechte selectiviteit.
Als nieuwe grens op het gebied van de katalyse zijn katalysatoren met één atoom (SAC) op grote schaal gebruikt in verschillende katalytische reacties, maar hun toepassing bij de dehydrogenering van lichte koolwaterstoffen bij hoge temperaturen is beperkt gebleven. Bij dehydrogenering van propaan is de activering van de C-H-binding ongevoelig voor de katalysatorstructuur, maar ongewenste nevenreacties zoals hydrolyse, isomerisatie en verkooksing zijn typische structuurgevoelige reacties die de deelname van meerdere metaalatomen vereisen.
Daarom hebben SAC's met geïsoleerde actieve metaalcentra duidelijke voordelen bij het onderdrukken van deze nevenreacties en worden ze potentiële kandidaten voor de katalytische dehydrogenering van alkanen.
Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Botao Qiao van het Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academie van Wetenschappen, aangetoond dat anataas TiO2 ondersteunde Ni-katalysator met één atoom (Ni1 /A-TiO2 ) vertoonde niet alleen een superieure intrinsieke activiteit en propyleenselectiviteit, maar ook een veel betere stabiliteit dan de overeenkomstige Ni-nanodeeltjes (NP)-katalysator (NiNP /A-TiO2 ) in PDH-reactie bij 580 °C.
De snelheid van de propyleenproductie op Ni1 /A-TiO2 was ongeveer 1,96 molC3H6 ·gNi -1 ·h -1 , meer dan 65 keer dan die van NiNP /A-TiO2 monster (0,03 molC3H6 ·gNi -1 ·h -1 ).
In combinatie met HAADT-STEM, in-situ CO-DRIFTS, in-situ XPS en XAS-karakteriseringen bevestigden ze dat de Ni SAC voornamelijk individuele Ni-atomen bevat die afzonderlijk verspreid zijn op de drager in een positieve Ni (II) valentietoestand, met voornamelijk speelde als actief centrum in plaats van de vorming van gecoördineerde onverzadigde Ti-ionplaatsen te bevorderen.
Bovendien als gevolg van de sterke metaal-ondersteuningsinteractie tussen Ni NP's en TiO2 Tijdens verminderde omstandigheden werden de Ni-nanodeeltjessites ingekapseld door TiOx de bovenlaag (~ 2 nm dik) vertoonde dus een lagere initiële propaanconversie en een lagere duurzaamheid. Dit werk benadrukt het voordeel van de katalysator met één atoom met een geïsoleerde actieve plaats in de PDH-reactie en biedt een referentie voor toekomstig onderzoek naar de bereiding en toepassing van SAC's.
De bevindingen zijn gepubliceerd in het Chinese Journal of Catalysis .