Elektronisk forstyrrelsesfremmet grænsefladevej til let CH-dissociation

Pt-baserede katalysatorer har i vid udstrækning været anvendt i katalytisk propandehydrogeneringsprocesser (PDH), hvilket spiller en afgørende rolle i propylenproduktionen. Imidlertid udviser monometalliske Pt-katalysatorer ofte ringere propylenselektivitet på grund af hydrogenolysen, hurtig deaktivering fra koksaflejringer og nanopartikelsintring. For at løse disse udfordringer er forskellige metaller (Sn, Zn, Ga, Co osv.) blevet introduceret for at øge selektiviteten og stabiliteten af ​​Pt-baserede katalysatorer.

Typisk betragtes dannelsen af ​​metallegeringer, der er ansvarlige for at modulere den geometriske og elektroniske struktur af Pt, som en primær faktor, der bidrager til forbedret ydeevne. Ikke desto mindre har denne modifikation en tendens til at undertrykke Pts evne til at aktivere CH-bindinger, et kritisk aspekt i dehydrogeneringsreaktioner.

Aktiveringen af ​​stærke CH-bindinger i alkanmolekyler kræver et betydeligt energiinput, hvilket resulterer i relativt høje barrierer for dehydrogeneringsprocessen. For yderligere at forbedre den katalytiske effektivitet af Pt-baserede katalysatorer i PDH er et mere indviklet design af aktive centre med en robust evne til at aktivere propan og en høj selektivitet for propylen fortsat en nødvendig bestræbelse.

For nylig rapporterede et forskerhold ledet af prof. Yong Wang fra Zhejiang University, Kina, en bemærkelsesværdig effektiv grænsefladevej til let CH-bindingsskæring ved Pt-GaO_x grænseflade ved at inducere O-steder gennem elektronisk forstyrrelse af Pt. Ga₂ O₃ arter på Pt (111) fungerer som en bro, hvilket muliggør let dehydrogenering.

Denne proces involverer ionisering af propanmolekylet til en proton og et mildt alkylskift, efterfulgt af jævnt H-spild ved høje temperaturer. Det er vigtigt, at denne mekanisme adskiller sig væsentligt fra den radikale mekanisme, der observeres på monometalliske og/eller legerede Pt-overflader.

Resultaterne er blevet offentliggjort i Chinese Journal of Catalysis .

Densitet funktionelle teori beregninger afslører, at ilt steder af Ga₂ O₃ arter på Pt-overfladen udviser højere liggende O 2p-tilstande og en betydelig tæthed af tilstande omkring Fermi-niveauet på grund af den elektroniske forstyrrelse af den underliggende Pt.

Følgelig viser disse steder en udtalt affinitet for H og en usædvanlig lav energibarriere (mindre end 0,30 eV) for CH-dissociation. Endvidere bidrager Ga-oxidkomponenten også til ændringen af ​​den geometriske struktur af Pt-nanopartikler. Denne ændring fører til en reduktion i ensemblestørrelsen, hvilket fremmer den selektive produktion af propylen.

Den designede Pt/Ga-Al₂ O₃ katalysatorer viser deres overlegne ydeevne i PDH-reaktionen sammenlignet med benchmark PtSn/Al₂ O₃ katalysatorer.

Flere oplysninger: Zhe Wang et al., Electronic perturbation-promoted interfacial pathway for facile C–H dissociation, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64575-9

Leveret af Chinese Academy of Sciences