学术科研
研究进展
当前位置: 首页 >> 学术科研 >> 科研成果 >> 研究进展 >> 正文

丙烷氧化脱氢制丙烯取得新进展



时间:2021-08-03 作者: 点击:[]

丙烯是现代化学工业生产中一种重要的基础原料,具有广泛的下游产业链条,如聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷和聚丙烯酸等。近年来,受到丙烯下游产品的拉动,国内的丙烯当量缺口依然巨大。低碳烷烃催化转化制烯烃是解决烯烃原料过度依赖石油资源的重要途径,同时可以提升低碳烷烃资源利用价值。低碳烷烃氧化脱氢制烯烃工艺不受热力学平衡限制、不易积炭、反应温度低,有利于提高反应效率,降低能耗,是工业催化领域的研究热点。传统的金属氧化物具有较好的催化活性,但容易造成烯烃的过度氧化。大连理工大学陆安慧教授团队创制以氮化硼为代表的硼基催化材料并报道了其在低碳烷烃氧化脱氢反应中显示出高的催化活性和优异的烯烃选择性,几乎没有完全氧化产物CO2生成(ChemCatChem, 2017, 9, 1788; Chem. Commun., 2018, 54, 10936; J. Catal. 2019, 369, 296; ACS Catal. 2019, 9, 8263; J. Catal. 2020, 385, 176; Chin. J. Catal. 2020, 41, 1837)。这为低碳烷烃C−H键选择性断裂开辟了新路径。因此,受邀对硼基催化剂催化烷烃氧化脱氢制烯烃的相关研究进行了总结与展望,发表在Chemical Society Review上(Chem. Soc. Rev., 2021, 50,1438

深入的研究发现氮化硼对氧化脱氢反应是惰性的,经历诱导期后,暴露的硼边缘缺陷在反应气氛下发生氧官能化才使得优异催化性能显现(Chin. J. Catal. 2018, 39, 908)。因此,如何制备富含缺陷位、高活性的氮化硼催化剂成为当前的研究热点。鉴于低温等离子体能够产生高能自由基、离子和电子,进而修饰材料的表面化学结构,实现材料的官能化与缺陷位的可控创制。大连理工大学的陆安慧教授与易颜辉副教授合作报道了一种等离子体调变氮化硼表面局域环境的新方法,制备了富含氮缺陷位,可高效催化丙烷氧化脱氢制丙烯的氮化硼。作者选用四种不同等离子体气氛(N2, O2, H2, Ar),期望分别实现氮化或脱氮、氧官能化、还原和刻蚀氮化硼的目的。如图1所示,N2处理后氮化硼展现出最佳的催化性能。

 

1 经过N2O2等离子体处理后氮化硼的丙烷转化率与产物选择性

结合多种谱学分析结果,作者提出等离子体处理过程中会产生两种类型的氮缺陷。其中由氮气等离子体刻蚀形成的三硼中心型缺陷(TBC)在氧化脱氢气氛下更易转变为活性位催化丙烷转化为丙烯(图2)。该研究结果为高效氮化硼催化剂的设计提供了一条新的方法,也为氮化硼的活性起源和含硼催化剂的理性设计提供了新的认识。

 

2 氮缺陷的产生及活性物种的演变

这一成果以“Plasma Tuning Local Environment of Hexagonal Boron Nitride for Oxidative Dehydrogenation of Propane”为题,发表在Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202106713),文章的第一作者是大连理工大学硕士研究生刘占凯。通讯作者是大连理工大学陆安慧教授与易颜辉副教授。该工作得到国家自然科学基金国家重点项目(21733002)、国家重点研发计划(2018YFA0209404)的支持。

原文链接:https://doi.org/10.1002/anie.202106713

上一条:内环氧烷烃与环状酸酐的立体汇聚式共聚合 下一条:我校研发的清洁合成双氧水和电子级溴化氢等绿色催化技术实现产业化应用

关闭