Novo método de produção de estireno melhora a estabilidade, a atividade de desidrogenação

Em um novo método de desidrogenação de etilbenzeno, a fabricação de aglomerados de platina no nanodiamante/grafeno decorado com estanho atomicamente disperso (canto inferior esquerdo) leva a resultados altamente ativos e estáveis (canto inferior direito) em comparação com os resultados quando produzidos com métodos tradicionais (canto superior direito). Crédito:Nano Research

O estireno, o produto químico usado para fazer polímeros e resinas usados em plásticos, recipientes descartáveis, látex, borracha sintética, isolamento e muito mais, é onipresente na vida cotidiana.
Dada a sua prevalência e importância, um método de produção de baixo custo, eficiência energética e ambientalmente sustentável é fundamental. O método tradicional - e atualmente mais comum - de produzi-lo através da desidrogenação do etilbenzeno, no entanto, tem desvantagens nestas áreas:requer excesso de vapor superaquecido ou resulta em falta de controle preciso da uniformidade da estrutura dos catalisadores.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada por Hongyang Liu, do Instituto de Pesquisa de Metais da Academia Chinesa de Ciências, desenvolveu um método de desidrogenação de etilbenzeno sob condições livres de oxigênio com catalisadores de cluster de platina (Pt) totalmente expostos que resultam em características positivas de alta atividade, seletividade e estabilidade, além de menores custos energéticos e financeiros. Os resultados serão publicados em 10 de julho na Nano Research .

"Preparamos catalisadores de cluster de Pt totalmente expostos, explorando os defeitos de carbono na superfície do suporte de grafeno e a segregação física de estanho atomicamente disperso (Sn)", disse Liu, que também é nomeado na Universidade de Ciência e Tecnologia da China. . “Os aglomerados de Pt totalmente expostos podem promover a dessorção do estireno do produto alvo, fazendo com que ele exiba maior atividade de desidrogenação e estabilidade do que os catalisadores de nanopartículas de Pt”.

Em contraste, um método anterior comum de desidrogenação de etilbenzeno ocorreu sobre catalisadores à base de óxido de ferro, exigiu altas temperaturas que resultam em deposição de carbono e exigiu excesso de vapor superaquecido. Para superar isso, os pesquisadores empregaram catalisadores de átomo único (SAC) e catalisadores de cluster totalmente expostos (FECCS).

"SACs e FECCs oferecem uma ampla gama de dispersão atômica e eficiência de utilização total dos metais, que podem fornecer atividade aprimorada e receberam muito interesse", disse Liu. "Especialmente, os sítios ativos de FECCs geralmente contêm diversas combinações de vários átomos de metal e são adequados para catalisar reagentes que precisam de sítios metálicos de conjunto".

No entanto, SACs e FECCs têm suas próprias limitações, incluindo controle impreciso da uniformidade da estrutura de FECCs e agregação de átomos metálicos em aglomerados metálicos ou nanopartículas causados por sua alta energia superficial e instabilidade termodinâmica quando expostos a altas temperaturas.

Enquanto outros pesquisadores tiveram como objetivo projetar FECCs com alta atividade e alta estabilidade adequados para reações de alta temperatura, como a desidrogenação de etilbenzeno, como essa equipe de pesquisadores fez, estudos anteriores usaram óxidos de metais não preciosos ou materiais de carbono para catalisadores, que exigem alta energia e consumo de água e resultam em baixa atividade. O consumo de energia pode ser resolvido pela oxidação do processo, mas isso leva a baixa seletividade e riscos com misturas inflamáveis.

"Em nossa pesquisa, empregamos catalisadores de aglomerado de Pt totalmente expostos com suporte de nanodiamantes/grafeno decorados com Sn atomicamente dispersos para desidrogenação de etilbenzeno sob condições livres de oxigênio, que exibiam alta atividade, seletividade e estabilidade em comparação com catalisadores anteriores, abrindo um novo caminho para o design estável catalisadores de metal atomicamente dispersos", disse Liu. "Obtivemos um bom desempenho catalítico na desidrogenação de alcanos."

Outra parte do apelo desse método, segundo os pesquisadores, é sua capacidade de se adaptar a outros tipos de catalisadores.

“Os catalisadores de rutênio, ródio e irídio foram preparados pelo mesmo método de preparação e todos mostraram bom desempenho catalítico na desidrogenação direta do etilbenzeno, indicando que o método eficiente de projeto de catalisador proposto neste artigo é universal”, disse Liu. "O método de projeto de catalisador fornece uma nova ideia para projetar catalisadores de desidrogenação de alcanos metálicos dispersos atomicamente eficientes."

Os pesquisadores dizem que continuarão a desenvolver os métodos de design e aplicações de catalisadores metálicos atomicamente dispersos nesta pesquisa, incluindo multimetais, diversas reações, aplicações práticas e muito mais. + Explorar mais