Los catalizadores basados en Pt se han empleado ampliamente en procesos catalíticos de deshidrogenación de propano (PDH), desempeñando un papel crucial en la producción de propileno. Sin embargo, los catalizadores monometálicos de Pt a menudo exhiben una selectividad de propileno inferior debido a la hidrogenólisis, la rápida desactivación de los depósitos de coque y la sinterización de nanopartículas. Para abordar estos desafíos, se han introducido varios metales (Sn, Zn, Ga, Co, etc.) para mejorar la selectividad y estabilidad de los catalizadores basados en Pt.
Normalmente, la formación de aleaciones metálicas, responsables de modular la estructura geométrica y electrónica del Pt, se considera un factor principal que contribuye a mejorar el rendimiento. Sin embargo, esta modificación tiende a suprimir la capacidad del Pt para activar enlaces C-H, un aspecto crítico en las reacciones de deshidrogenación.
La activación de fuertes enlaces C-H dentro de las moléculas de alcano exige un aporte de energía significativo, lo que resulta en barreras relativamente altas para el proceso de deshidrogenación. Para mejorar aún más la eficiencia catalítica de los catalizadores basados en Pt en PDH, sigue siendo necesario un diseño más complejo de centros activos con una sólida capacidad para activar el propano y una alta selectividad por el propileno.
Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Yong Wang de la Universidad de Zhejiang, China, informó sobre una vía interfacial notablemente eficiente para la fácil escisión del enlace C-H en el Pt-GaOx interfaz induciendo sitios O a través de la perturbación electrónica de Pt. Ga2 O3 Las especies en Pt (111) actúan como un puente, lo que permite una fácil deshidrogenación.
Este proceso implica la ionización de la molécula de propano a un protón y un suave cambio de alquilo, seguido de un suave desbordamiento de H a altas temperaturas. Es importante destacar que este mecanismo difiere significativamente del mecanismo radical observado en superficies de Pt monometálicas y/o aleadas.
Los resultados han sido publicados en el Chinese Journal of Catalysis .
Los cálculos de la teoría funcional de la densidad revelan que los sitios de oxígeno del Ga2 O3 Las especies en la superficie del Pt exhiben estados de O 2p más altos y una densidad considerable de estados alrededor del nivel de Fermi debido a la perturbación electrónica del Pt subyacente.
En consecuencia, estos sitios muestran una afinidad pronunciada por el H y una barrera de energía excepcionalmente baja (menos de 0,30 eV) para la disociación del CH. Además, el componente de óxido de Ga también contribuye a la modificación de la estructura geométrica de las nanopartículas de Pt. Esta modificación conduce a una reducción del tamaño del conjunto, favoreciendo la producción selectiva de propileno.
El Pt/Ga-Al2 diseñado O3 Los catalizadores demuestran su rendimiento superior en la reacción de PDH en comparación con el punto de referencia PtSn/Al2. O3 catalizadores.
Más información: Zhe Wang et al, Vía interfacial promovida por perturbaciones electrónicas para la disociación fácil de C-H, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64575-9
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
