Pesquisa demonstra catalisadores de átomo único de Ni suportados por anatase para desidrogenação de propano
Catalisadores de átomo único de Ni com carga de ni extremamente baixa exibem atividade intrínseca muito alta em termos de conversão de propano e estabilidade decente em reações de desidrogenação de propano. os átomos de ni individuais atuam principalmente como centros ativos, em vez de promover a formação de vagas de oxigênio ou locais coordenados de íons Ti insaturados de tTiO2 apoiar. Crédito:Jornal Chinês de Catálise O propileno é uma das matérias-primas petroquímicas mais importantes, ficando em segundo lugar depois do etileno. Para atender à demanda cada vez maior, tecnologias alternativas para a produção de propileno são urgentemente necessárias, dentre as quais a desidrogenação do propano (PDH) tem sido considerada a mais promissora.
Como candidatos baratos e ecologicamente corretos, os catalisadores à base de Ni têm atraído grande interesse de pesquisadores em diversas aplicações catalíticas, como hidrogenação, reforma de metano, eletroquímica e fotocatalítica, etc. altas temperaturas, provavelmente porque as espécies de Ni são facilmente reduzidas a nanopartículas metálicas de Ni (NPs) durante a reação severa, o que pode resultar em desidrogenação profunda e baixa seletividade.
Como uma nova fronteira no campo da catálise, os catalisadores de átomo único (SAC) têm sido amplamente utilizados em diversas reações catalíticas, mas a sua aplicação na desidrogenação de hidrocarbonetos leves a altas temperaturas tem sido limitada. Na desidrogenação do propano, a ativação da ligação CH é insensível à estrutura do catalisador, mas reações colaterais indesejadas, como hidrólise, isomerização e coqueamento, são reações típicas sensíveis à estrutura que requerem a participação de múltiplos átomos metálicos.
Portanto, os SACs com centros ativos metálicos dispersos isolados têm vantagens óbvias na supressão dessas reações colaterais e tornam-se candidatos potenciais para a desidrogenação catalítica de alcanos.
Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Botao Qiao do Instituto de Física Química de Dalian, Academia Chinesa de Ciências, demonstrou que anatase TiO2 catalisador de átomo único de Ni suportado (Ni1 /A-TiO2 ) exibiu não apenas atividade intrínseca superior e seletividade de propileno, mas também estabilidade muito melhor do que o correspondente catalisador de nanopartículas de Ni (NP) (NiNP /A-TiO2 ) na reação PDH a 580 °C.
A taxa de produção de propileno em Ni1 /A-TiO2 era cerca de 1,96 molC3H6 ·gNi
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·h
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, acima de 65 vezes que NiNP /A-TiO2 amostra (0,03 molC3H6 ·gNi
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·h
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).
Em combinação com caracterizações HAADT-STEM, CO-DRIFTS in-situ, XPS in-situ e XAS, eles confirmaram que o Ni SAC contém principalmente átomos de Ni individuais dispersos individualmente no suporte em estado de valência de Ni (II) positivo, principalmente com desempenhou como centro ativo em vez de promover a formação de sítios coordenados de íons Ti insaturados.
Além disso, como resultado da forte interação metal-suporte entre Ni NPs e TiO2 transportador durante condições reduzidas, os locais das nanopartículas de Ni foram encapsulados por TiOx a camada superior (~ 2 nm de espessura) apresentou menor conversão inicial de propano e menor durabilidade. Este trabalho destaca a vantagem do catalisador de átomo único com sítio ativo isolado na reação de PDH e fornece uma referência para pesquisas futuras sobre a preparação e aplicação de SACs.
As descobertas foram publicadas no Chinese Journal of Catalysis .
