Il propilene è una delle materie prime petrolchimiche più importanti, seconda dopo l'etilene. Per soddisfare la domanda sempre crescente, sono urgentemente necessarie tecnologie alternative per la produzione di propilene, tra le quali la deidrogenazione del propano (PDH) è stata considerata la più promettente.
Essendo un candidato economico ed ecologico, i catalizzatori a base di Ni hanno attirato un ampio interesse da parte dei ricercatori in varie applicazioni catalitiche, come l'idrogenazione, il reforming del metano, applicazioni elettrochimiche e fotocatalitiche, ecc. Tuttavia, sono stati condotti pochi studi sul Ni nella deidrogenazione degli alcani sotto temperature elevate, probabilmente perché le specie di Ni vengono facilmente ridotte in nanoparticelle di Ni metallico (NP) durante la dura reazione, il che può provocare una profonda deidrogenazione e una scarsa selettività.
Come nuova frontiera nel campo della catalisi, i catalizzatori a singolo atomo (SAC) sono stati ampiamente utilizzati in varie reazioni catalitiche, ma la loro applicazione nella deidrogenazione di idrocarburi leggeri ad alte temperature è stata limitata. Nella deidrogenazione del propano, l'attivazione del legame C-H è insensibile alla struttura del catalizzatore, ma le reazioni collaterali indesiderate come l'idrolisi, l'isomerizzazione e la coking sono tipiche reazioni sensibili alla struttura che richiedono la partecipazione di più atomi di metallo.
Pertanto, i SAC con centri attivi metallici dispersi isolati presentano evidenti vantaggi nel sopprimere queste reazioni collaterali e diventano potenziali candidati per la deidrogenazione catalitica degli alcani.
Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Botao Qiao dell'Istituto di fisica chimica di Dalian, Accademia cinese delle scienze, ha dimostrato che l'anatasio TiO2 catalizzatore a singolo atomo di Ni supportato (Ni1 /A-TiO2 ) ha mostrato non solo un'attività intrinseca e una selettività del propilene superiori, ma anche una stabilità molto migliore rispetto al corrispondente catalizzatore di nanoparticelle di Ni (NP) (NiNP /A-TiO2 ) nella reazione PDH a 580 °C.
Il tasso di produzione di propilene su Ni1 /A-TiO2 era di circa 1,96 molC3H6 ·gNi -1 ·h -1 , superiore a 65 volte quella del NiNP /A-TiO2 campione (0,03 molC3H6 ·gNi -1 ·h -1 ).
In combinazione con le caratterizzazioni HAADT-STEM, CO-DRIFTS in situ, XPS in situ e XAS, hanno confermato che il Ni SAC contiene principalmente singoli atomi di Ni dispersi singolarmente sul supporto nello stato di valenza positivo di Ni (II), con principalmente ha svolto come centro attivo piuttosto che promuovere la formazione di siti ionici Ti insaturi coordinati.
Inoltre, come risultato della forte interazione metallo-supporto tra Ni NP e TiO2 trasportatore in condizioni ridotte, i siti delle nanoparticelle di Ni sono stati incapsulati da TiOx lo strato superiore (spessore di ~ 2 nm) ha quindi mostrato una conversione iniziale del propano inferiore e una durata inferiore. Questo lavoro evidenzia il vantaggio del catalizzatore a singolo atomo con un sito attivo isolato nella reazione PDH e fornisce un riferimento per la ricerca futura sulla preparazione e l'applicazione delle SAC.
I risultati sono pubblicati sul Chinese Journal of Catalysis .
Ulteriori informazioni: Qian Zhang et al, Deidrogenazione catalitica del propano mediante catalizzatori a singolo atomo di Ni supportati da anatasio, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64584-X
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
