Los catalizadores de Ni de un solo átomo mejoran la deshidrogenación del propano

El propileno es una de las materias primas petroquímicas más importantes, ocupando el segundo lugar después del etileno. Para satisfacer la creciente demanda, 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 por parte de los investigadores en diversas aplicaciones catalíticas, como la hidrogenación, el reformado de metano, la electroquímica y la fotocatalítica, etc. alta temperatura, probablemente porque las especies de Ni se reducen fácilmente a nanopartículas metálicas de Ni (NP) durante la reacción severa, lo que puede resultar en una deshidrogenación profunda y una baja selectividad.

Como nueva frontera en el campo de la catálisis, el catalizador de un solo átomo (SAC) se ha utilizado ampliamente en diversas reacciones catalíticas, pero la aplicación en la deshidrogenación a alta temperatura de hidrocarburos ligeros ha sido limitada. En la deshidrogenación del propano, la activación del enlace CH es insensible a la estructura del catalizador, pero reacciones secundarias indeseables 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 China de Ciencias, demostró que la anatasa TiO_dos catalizador de Ni de un solo átomo soportado (Ni₁/A-TiO_dos) exhibió no solo una actividad intrínseca superior y selectividad de propileno, sino también una estabilidad mucho mejor que el correspondiente catalizador de nanopartículas de Ni (NP) (Ni_{notario público}/A-TiO_dos) en la reacción de PDH a 580 °C. La tasa de producción de propileno en Ni.₁/A-TiO_dos era aproximadamente 1,96 moles_C3H6·gNi^-1·H^-1por encima de 65 veces la del Ni_{notario público}/A-TiO_dos muestra (0,03 mol_C3H6·gNi^-1·H^-1). En combinación con las caracterizaciones HAADT-STEM, CO-DRIFTS in situ, XPS y XAS in situ, confirmaron que el Ni SAC contiene principalmente átomos de Ni individuales dispersos individualmente sobre el soporte en estado de valencia Ni (II) positivo, con principalmente jugado 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 Ni NP y TiO_dos portador durante condiciones reducidas, los sitios de nanopartículas de Ni fueron encapsulados por TiO_X la capa superior (~2 nm de espesor) mostró una menor conversión inicial de propano 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 resultados fueron publicados en Revista china de catálisis (DOI: 10.1016/S1872-2067(23)64584-X).