含硼催化剂在丙烷氧化脱氢催化反应中表现优异的性能,载体调控对丙烷脱氢催化反应有可能调节,这是因为研究发现,Ni作为亚表面物种显著改善催化活性。
有鉴于此,浙江大学姚思宇、北京大学马丁教授、西湖大学王涛、浙江工业大学林丽利教授等通过载体效应,并且鉴定了催化活性有关的描述符,修饰不同的金属助剂,揭示BOx/金属/BN ODHP催化剂中的载体功能。
催化性能和瞬态红外光谱表征实验结果研究金属助剂促进BOx覆盖层,发现不同金属和载体表现的本征催化活性和O-H化学键解离/重生互不相同。通过与DFT理论计算结合,发现硼氧化物对H的亲和性(affinity of H)物种的控制了BOx(OH)3-x活性物种的O-H化学键的解离/重新形成。金属-O的键能通常与H亲和性之间具有线性关系,能够作为低温自由基引发以及ODHP反应的描述符。这个现象说明合适的金属-氧化学键是BOx/M/BN催化剂实现优异性能的关键。
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通过这个描述符,研究Ni/Rh的比例为15:1的Ni-Rh合金载体具有显著改善的低温ODHP本征催化活性,性能达到9.26 μmol/(m2·s),这个性能达到h-BN性能的105.9倍,比单一金属的BOx/Ni/BN催化剂性能高18.3 %。
参考文献
Xiaofeng Gao, Cheng Cai, Shuheng Tian, Shiqiang Xu, Lili Lin*, Jinan Shi, Chuqiao Song, Tao Wang*, Ding Ma*, and Siyu Yao*, Performance Descriptor of Subsurface Metal-Promoted Boron Catalysts for Low-Temperature Propane Oxidative Dehydrogenation to Propylene, J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c11506
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c11506