Modelli di catalizzatori tandem. (A) Tre modelli di catalizzatore in tandem comprendenti un In . microporoso 2 oh 3 selettivo H 2 catalizzatore di combustione (verde) e un Pt/Al 2 oh 3 catalizzatore di deidrogenazione del propano (nanoparticelle di Pt rosso, blu Al 2 oh 3 particella). catalizzatore tandem modello 3, (Pt/Al 2 oh 3 )@35cIn2O3 (35 cicli di In 2 oh 3 deposizione), possiede un ~2-nm In 2 oh 3 ricopre e nanoparticelle di Pt da 2,0 a 2,3 nm ed è il più performante. (B) Schema di reazione tandem PDH-SHC per (Pt/Al 2 oh 3 )@35cIn 2 oh 3 . PDH si verifica su Pt, e SHC consuma H sopra l'In 2 oh 3 rivestimento per portare la reazione in avanti ad un'elevata resa di propilene. oh 2 reagisce rapidamente con la risultante In 2 oh 3-x , minimizzando la combustione indesiderata su Pt. Il rivestimento stabilizza anche le nanoparticelle di Pt contro l'aggregazione durante la reazione. Credito: Scienza (2021). DOI:10.1126/science.abd4441
Un team di ricercatori della Northwestern University ha sviluppato un catalizzatore tandem su scala nanometrica per ottenere più propilene dal propano durante la deidrogenazione. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il gruppo descrive il proprio metodo ei miglioramenti riscontrati nel suo utilizzo. Chunlei Pei e Jinlong Gong con l'Università di Tianjin hanno pubblicato un pezzo di Perspectives nello stesso numero di rivista che delinea i benefici della catalisi in tandem e il lavoro svolto dal team in Illinois.
Le aziende che utilizzano la chimica per creare prodotti hanno scoperto nel corso degli anni che la riduzione del numero di passaggi necessari per realizzare i propri prodotti si traduce abbastanza spesso in un risparmio di denaro. Ciò ha portato i chimici a studiare la possibilità di integrare più passaggi in singole reazioni:tali reazioni in tandem comportano azioni sequenziali per ottenere i risultati desiderati. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno sviluppato una reazione in tandem per ridurre il numero di passaggi necessari per produrre propilene durante la deidrogenazione del propano, e così facendo, hanno aumentato la resa. Il propilene è un idrocarburo gassoso utilizzato per produrre diversi tipi di polimeri.
Il lavoro prevedeva lo sviluppo di un catalizzatore su scala nanometrica che utilizzava un rivestimento per consentire una maggiore ossidazione superficiale degli atomi di idrogeno:i rivestimenti avevano uno spessore di circa 2 nanometri. Per creare i soprabiti, i ricercatori hanno utilizzato la deposizione di strati atomici come mezzo per far crescere l'ossido di indio su Pt/Al 2 oh 3 —un noto catalizzatore di deidrogenazione del propano. Ciò ha causato l'accoppiamento del dominio tramite il trasferimento di atomi di idrogeno sulla superficie e ciò ha portato alla deidrogenazione del propano in propilene da parte del platino e all'aumento della combustione dell'idrogeno dall'ossido di indio. I ricercatori notano che l'ossidazione è stata migliorata grazie ai pori che si sono sviluppati nel rivestimento consentendo una maggiore esposizione delle nanoparticelle di platino:gli atomi di idrogeno sulla superficie sono stati ossidati meglio all'interfaccia di ossido di platino e indio. I ricercatori hanno scoperto che l'uso del loro catalizzatore in tandem ha portato a una selettività del propilene del 75% e una conversione del propano del 40%, aumentare le rese di circa il 30%. Pei e Gong suggeriscono che i risultati dovrebbero ispirare ulteriori lavori sia nell'industria che nel mondo accademico perché probabilmente potrebbero essere utilizzati in molte altre applicazioni.
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