Ny styrenproduktionsmetode forbedrer stabilitet, dehydrogeneringsaktivitet

Styren, kemikaliet, der bruges til at fremstille polymerer og harpikser, der bruges i plastik, engangsbeholdere, latex, syntetisk gummi, isolering og mere, er allestedsnærværende i hverdagen.

På grund af dens udbredelse og betydning er en billig, energieffektiv og miljømæssigt bæredygtig produktionsmetode afgørende. Den traditionelle – og i øjeblikket mest almindelige – metode til at fremstille det gennem dehydrogenering af ethylbenzen har imidlertid ulemper på disse områder:Det kræver overskydende overophedet damp eller resulterer i en mangel på præcis kontrol af strukturens ensartethed af katalysatorer.

Nu har et team af forskere ledet af Hongyang Liu fra det kinesiske videnskabsakademis institut for metalforskning udviklet en metode til ethylbenzendehydrogenering under iltfrie forhold med fuldt eksponerede platin (Pt) klyngekatalysatorer, der resulterer i de positive træk ved høj aktivitet, selektivitet og stabilitet samt lavere energi- og finansielle omkostninger. Resultaterne vil blive offentliggjort den 10. juli i Nano Research .

"Vi har forberedt fuldt eksponerede Pt-klyngekatalysatorer ved at udnytte kulstofdefekterne på overfladen af ​​grafenunderstøtningen og den fysiske adskillelse af atomisk dispergeret tin (Sn)," sagde Liu, som også er udnævnt ved University of Science and Technology i Kina. . "De fuldt eksponerede Pt-klynger kan fremme desorptionen af ​​målproduktet styren, hvilket gør det udviser højere dehydrogeneringsaktivitet og stabilitet end Pt-nanopartiklers katalysatorer."

I modsætning hertil fandt en almindelig tidligere metode til ethylbenzen-dehydrogenering sted over jernoxid-baserede katalysatorer, krævede høje temperaturer, der resulterer i kulstofaflejring og krævede overskydende overophedet damp. For at overvinde dette har forskere brugt single-atom catalysts (SAC) og fuldt eksponerede cluster catalysts (FECCS).

"SAC'er og FECC'er leverer en bred vifte af atomspredning og fuld udnyttelseseffektivitet af metallerne, som kan give øget aktivitet og har fået stor interesse," sagde Liu. "Især de aktive steder i FECC'er indeholder generelt forskellige kombinationer af flere metalatomer og er velegnede til at katalysere reaktanter, der har brug for ensemblemetalsteder."

SAC'er og FECC'er har dog deres egne begrænsninger, herunder upræcis kontrol af strukturens ensartethed af FECC'er og aggregering af metalatomer i metalklynger eller nanopartikler forårsaget af deres høje overfladeenergi og termodynamiske ustabilitet, når de udsættes for høje temperaturer.

Mens andre forskere har haft til formål at designe FECC'er med høj aktivitet og høj stabilitet, der er egnet til højtemperaturreaktioner såsom ethylbenzen-dehydrogenering, som dette hold af forskere gjorde, brugte tidligere undersøgelser ikke-ædelmetaloxider eller kulstofmaterialer til katalysatorer, som kræver høj energi og vandforbrug og resultere i lav aktivitet. Energiforbruget kan løses ved oxidation af processen, men det fører til lav selektivitet og farer med brændbare blandinger.

"I vores forskning anvendte vi atomisk dispergerede Sn-dekorerede nanodiamant/grafen-understøttede fuldt eksponerede Pt-klyngekatalysatorer til ethylbenzen-dehydrogenering under iltfrie forhold, som udviste høj aktivitet, selektivitet og stabilitet sammenlignet med tidligere katalysatorer, hvilket åbnede en ny mulighed for at designe stabile atomisk spredte metalkatalysatorer," sagde Liu. "Vi opnåede god katalytisk ydeevne i alkandehydrogenering."

En anden del af tiltrækningskraften ved denne metode er ifølge forskerne dens evne til at blive tilpasset til andre typer katalysatorer.

"Ruthenium-, rhodium- og iridiumkatalysatorer blev fremstillet ved den samme fremstillingsmetode, og alle viste god katalytisk ydeevne i den direkte dehydrogenering af ethylbenzen, hvilket indikerer, at den effektive katalysatordesignmetode, der er foreslået i dette papir, er universel," sagde Liu. "Katalysatordesignmetoden giver en ny idé til at designe effektive atomisk dispergerede metalalkan-dehydrogeneringskatalysatorer."

Forskerne siger, at de vil fortsætte med at udvikle designmetoder og anvendelser af atomisk dispergerede metalkatalysatorer i denne forskning, herunder multimetaller, forskellige reaktioner, praktiske anvendelser og mere. + Udforsk yderligere

Højbelastende atomisk dispergeret Ir/MoC-katalysator til hydrogeneringsreaktion