Dobbelt dekoration forbedrer industriel katalysator

Tilsætning af bly og calcium til en industriel katalysator forbedrer dramatisk dets evne til at understøtte propylenproduktion ved meget høje temperaturer, gør det stabilt og aktivt i en måned.

Hokkaido Universitets forskere har designet en katalysator til propylenproduktion, der er meget stabil, selv ved 600 grader C. De rapporterede deres designkoncept og fund i tidsskriftet Angewandte Chemie International Edition .

Propylen er en meget ønsket råvare og byggesten til en lang række produkter, herunder i tekstiler, plast og elektronik. Oprindeligt, det blev produceret som et biprodukt ved nedbrydning af mættede kulbrinter i en proces kaldet dampsprængning. Imidlertid, denne proces giver ikke længere de mængder, industrien har brug for.

For nylig, industrien har fremstillet propylen fra skifergas. Skifergas indeholder en stor mængde metan, og mindre mængder ethan og propan. Propylen kan fremstilles ud fra propan ved at fjerne to hydrogenatomer fra det gennem en proces kaldet propandydrogenering. Denne proces kræver meget høje temperaturer, omkring 600 grader C. Platin bruges i vid udstrækning som en katalysator ved propandehydrogenering, da det er meget godt til at bryde brintatomer væk fra kulstof. Men den deaktiveres hurtigt af bivirkninger, der opstår ved høje temperaturer.

Lektor Shinya Furukawa førte et team af forskere ved Hokkaido University's Institute for Catalysis til at forbedre i øjeblikket tilgængelige platinkatalysatorer. Specifikt, de arbejdede med en platinkatalysator, der er legeret med gallium, en af ​​flere inaktive metaller, der kan hjælpe med at reducere de uønskede sidereaktioner, der deaktiverer katalysatoren ved høje temperaturer ved at adskille platinatomerne fra hinanden. Imidlertid, galliums adskillelse af platinatomer er ikke fuldstændig.

Furukawa og hans kolleger tilføjede blyatomer til platin-gallium-nanopartikler placeret på en siliciumoxidbase. Blyatomer fastgjort til overfladen af ​​nanopartiklerne, hvor tre platinatomer forekom sammen. Dette blokerer de sidereaktioner, der opstår på stederne for de samlede platinatomer, efterlader enkelte atomer til at udføre dehydrogeneringsarbejdet.

Holdet forbedrede yderligere katalysatoren ved at deponere calciumioner på sin siliciumoxidbase. Calciumionerne donerer elektroner til platinum-gallium-nanopartiklerne, forbedre deres stabilitet.

"Vores" dobbelt dekorerede "platin-gallium-katalysator havde en signifikant overlegen stabilitet på en måned ved 600 grader C, sammenlignet med andre rapporterede propandehydrogeneringskatalysatorer, som er deaktiveret inden for flere dage, "siger Furukawa.

Forskerne testede andre tilsætningsstoffer og baser end henholdsvis calciumioner og siliciumoxid, men ingen havde den overlegne katalytiske evne og stabilitet af den dobbelt dekorerede platin -galliumkatalysator.

"Vores katalysatordesignkoncept baner vejen for at forbedre intermetallics katalytiske ydeevne i mættet carbonhydriddehydrogenering, "siger Furukawa.