I catalizzatori a base di Pt sono stati ampiamente impiegati nei processi catalitici di deidrogenazione del propano (PDH), svolgendo un ruolo cruciale nella produzione di propilene. Tuttavia, i catalizzatori monometallici Pt mostrano spesso una selettività inferiore del propilene a causa dell'idrogenolisi, della rapida disattivazione dai depositi di coke e della sinterizzazione delle nanoparticelle. Per affrontare queste sfide, sono stati introdotti vari metalli (Sn, Zn, Ga, Co, ecc.) per migliorare la selettività e la stabilità dei catalizzatori a base di Pt.
Tipicamente, la formazione di leghe metalliche, responsabili della modulazione della struttura geometrica ed elettronica del Pt, è considerata un fattore primario che contribuisce al miglioramento delle prestazioni. Tuttavia, questa modifica tende a sopprimere la capacità del Pt di attivare i legami C-H, un aspetto critico nelle reazioni di deidrogenazione.
L’attivazione di forti legami C-H all’interno delle molecole di alcani richiede un significativo apporto di energia, con conseguenti barriere relativamente elevate per il processo di deidrogenazione. Per migliorare ulteriormente l'efficienza catalitica dei catalizzatori a base di Pt nel PDH, rimane uno sforzo necessario una progettazione più complessa di centri attivi con una solida capacità di attivare il propano e un'elevata selettività per il propilene.
Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Yong Wang dell'Università di Zhejiang, in Cina, ha segnalato un percorso interfacciale straordinariamente efficiente per la facile scissione dei legami C-H nella zona Pt-GaOx interfaccia inducendo siti O attraverso il disturbo elettronico di Pt. Ga2 O3 le specie su Pt (111) agiscono come un ponte, consentendo una facile deidrogenazione.
Questo processo prevede la ionizzazione della molecola di propano in un protone e un lieve spostamento alchilico, seguito da uno spillover regolare di H ad alte temperature. È importante sottolineare che questo meccanismo differisce significativamente dal meccanismo radicalico osservato sulle superfici di Pt monometalliche e/o legate.
I risultati sono stati pubblicati sul Chinese Journal of Catalysis .
I calcoli della teoria del funzionale della densità rivelano che i siti dell'ossigeno di Ga2 O3 le specie sulla superficie del Pt mostrano stati O 2p più elevati e una notevole densità di stati attorno al livello di Fermi a causa del disturbo elettronico del Pt sottostante.
Di conseguenza, questi siti mostrano un'affinità pronunciata per l'H e una barriera energetica eccezionalmente bassa (meno di 0,30 eV) per la dissociazione CH. Inoltre, la componente ossido di Ga contribuisce anche alla modifica della struttura geometrica delle nanoparticelle di Pt. Questa modifica porta ad una riduzione delle dimensioni dell'insieme, favorendo la produzione selettiva di propilene.
Il Pt/Ga-Al2 progettato O3 i catalizzatori dimostrano le loro prestazioni superiori nella reazione PDH rispetto al benchmark PtSn/Al2 O3 catalizzatori.
Ulteriori informazioni: Zhe Wang et al, Percorso interfacciale promosso da perturbazioni elettroniche per la facile dissociazione C – H, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64575-9
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
