El propileno es una de las materias primas petroquímicas más importantes, ocupando el segundo lugar después del etileno. Para satisfacer la demanda cada vez mayor, se necesitan con urgencia tecnologías alternativas para la producción de propileno, entre las cuales la deshidrogenación de propano (PDH) se considera la más prometedora.
Como candidatos baratos y respetuosos con el medio ambiente, los catalizadores basados en Ni han atraído un gran interés de los investigadores en diversas aplicaciones catalíticas, como la hidrogenación, el reformado de metano, electroquímicas y fotocatalíticas, etc. Sin embargo, ha habido pocos estudios sobre el Ni en la deshidrogenación de alcanos en altas temperaturas, probablemente porque las especies de Ni se reducen fácilmente a nanopartículas metálicas de Ni (NP) durante la dura reacción, lo que puede resultar en una deshidrogenación profunda y una selectividad deficiente.
Como nueva frontera en el campo de la catálisis, los catalizadores de un solo átomo (SAC) se han utilizado ampliamente en diversas reacciones catalíticas, pero su aplicación en la deshidrogenación de hidrocarburos ligeros a altas temperaturas ha sido limitada. En la deshidrogenación del propano, la activación del enlace C-H es insensible a la estructura del catalizador, pero reacciones secundarias no deseadas como la hidrólisis, la isomerización y la coquización son reacciones típicas sensibles a la estructura que requieren la participación de múltiples átomos metálicos.
Por lo tanto, los SAC con centros activos metálicos dispersos aislados tienen ventajas obvias en la supresión de estas reacciones secundarias y se convierten en candidatos potenciales para la deshidrogenación catalítica de alcanos.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Botao Qiao del Instituto Dalian de Física Química de la Academia de Ciencias de China, demostró que la anatasa TiO2 catalizador de Ni de un solo átomo soportado (Ni1 /A-TiO2 ) exhibió no sólo una actividad intrínseca superior y selectividad de propileno sino también una estabilidad mucho mejor que el correspondiente catalizador de nanopartículas de Ni (NP) (NiNP /A-TiO2 ) en reacción de PDH a 580 °C.
La tasa de producción de propileno en Ni1 /A-TiO2 era aproximadamente 1,96 molC3H6 ·gNi -1 ·h -1 , más de 65 veces que el de NiNP /A-TiO2 muestra (0,03 molC3H6 ·gNi -1 ·h -1 ).
En combinación con las caracterizaciones HAADT-STEM, CO-DRIFTS in situ, XPS in situ y XAS, confirmaron que el Ni SAC contiene principalmente átomos de Ni individuales dispersos individualmente en el soporte en estado de valencia de Ni (II) positivo, con principalmente actuó como centro activo en lugar de promover la formación de sitios coordinados de iones de Ti insaturados.
Además, como resultado de la fuerte interacción metal-soporte entre las NP de Ni y el TiO2 portador durante condiciones reducidas, los sitios de las nanopartículas de Ni fueron encapsulados por TiOx Por lo tanto, la capa superpuesta (~ 2 nm de espesor) mostró una menor conversión de propano inicial y una menor durabilidad. Este trabajo destaca la ventaja del catalizador de un solo átomo con un sitio activo aislado en la reacción de PDH y proporciona una referencia para futuras investigaciones sobre la preparación y aplicación de SAC.
Los hallazgos se publican en el Chinese Journal of Catalysis. .
Más información: Qian Zhang et al, Deshidrogenación catalítica de propano mediante catalizadores de un solo átomo de Ni soportados por anatasa, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64584-X
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
