近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員肖建平團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)研究員王亮、教授肖豐收?qǐng)F(tuán)隊(duì)，以及寧夏大學(xué)教授劉晰團(tuán)隊(duì)合作，在丙烷脫氫制丙烯的研究中取得進(jìn)展。研究開發(fā)出一種鈷硅酸鹽沸石催化劑（CoS-1），該催化劑具有穩(wěn)定孤立四面體鈷位點(diǎn)結(jié)構(gòu)的獨(dú)特分子篩骨架，展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，可實(shí)現(xiàn)丙烯產(chǎn)率達(dá)9.7 kgC3= kgcat–1 h–1。此外，在工業(yè)條件下，其丙烷脫氫性能優(yōu)于傳統(tǒng)工業(yè)PtSn/Al2O3催化劑。
低碳烯烴是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的重要原料。通過低碳烷烴脫氫，有望實(shí)現(xiàn)頁巖氣直接生產(chǎn)低碳烯烴，具有重要的研究價(jià)值。在前期的工作中，研究團(tuán)隊(duì)通過理論計(jì)算系統(tǒng)研究了硅質(zhì)分子篩骨架穩(wěn)定的不同孤立金屬位點(diǎn)的烷烴脫氫特性，取得了系列研究成果。
該研究通過穩(wěn)定性研究和催化動(dòng)態(tài)模擬，揭示了CoS-1催化劑的活性中心結(jié)構(gòu)及其高性能的化學(xué)根源。研究發(fā)現(xiàn)，分子篩骨架穩(wěn)定的孤立Co位點(diǎn)，在反應(yīng)過程中呈現(xiàn)(Si?O)δ?Coδ+?(OH?Si)4?δ配位結(jié)構(gòu)，其柔性骨架在高溫條件下的熵效應(yīng)可顯著降低Coδ+位點(diǎn)的丙烷脫氫能壘，使CoS-1催化劑具有比Pt3Sn合金更低的能壘。研究團(tuán)隊(duì)通過微觀動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算了這兩種催化劑上的烷烴脫氫速率，發(fā)現(xiàn)雖然CoS-1具有更低的能壘，但由于丙烷擴(kuò)散到分子篩孔道內(nèi)的過程會(huì)造成較大的熵?fù)p失，使得Coδ+位點(diǎn)附近的丙烷濃度遠(yuǎn)低于Pt3Sn表面，從而導(dǎo)致在反應(yīng)初期，CoS-1的總反應(yīng)速率略低于Pt3Sn。此外，研究還發(fā)現(xiàn)分子篩非鍵合吸附的特性有利于產(chǎn)物丙烯的快速脫附，降低了催化劑積碳速率，從而使CoS-1表現(xiàn)出更優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。
相關(guān)研究以Cobaltosilicate zeolite beyond platinum catalysts for propane dehydrogenation為題，發(fā)表在《自然-催化》（Nature Catalysis）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等的支持。
論文鏈接
本文鏈接：研究揭示柔性分子篩CoS-1高效催化丙烷脫氫的分子機(jī)制http://www.sq15.cn/show-12-1055-0.html
聲明：本網(wǎng)站為非營利性網(wǎng)站，本網(wǎng)頁內(nèi)容由互聯(lián)網(wǎng)博主自發(fā)貢獻(xiàn)，不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。天上不會(huì)到餡餅，請(qǐng)大家謹(jǐn)防詐騙！若有侵權(quán)等問題請(qǐng)及時(shí)與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間刪除處理。