与油基裂解技术相比,丙烷选择性脱氢生产丙烯是一种更环保、更具成本效益的生产方法。
有鉴于此,苏州大学李有勇教授,林海平副教授报道了采用密度泛函理论方法研究了固载在g-C3N4上的一系列单金属原子(V,Cr,Mn,Zr,Nb,Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,Au)在丙烷脱氢反应(PDH)中的催化性能。
文章要点
1)以C-H键第一次断裂反应能和丙烯吸附能作为筛选指标。通过与目前最先进的Pt2Sn催化剂进行比较,选择了固定在g-C3N4上的单一V、Cr和Mn原子作为潜在的PDH催化剂。密度泛函理论(DFT)计算表明,固定在石墨氮化碳(V1/g-C3N4)上的单原子钒(V)催化剂具有工业实用活性、选择性和热稳定性,是一种很有前途的无氧PDH单原子催化剂。
2)V1/g-C3N4的催化活性属于类自由原子的V 3d态。然而,丙烯的选择性归因于V原子在V1/g-C3N4中的结构限制,这导致了丙烯与π的弱相互作用。因此,生成的丙烯分子在V1/g-C3N4上的脱附速率应比在金属表面上的脱附速度快,从而提高催化选择性。
该研究结果为烷烃选择脱氢单原子催化剂的设计和筛选提供了指导。
Ningning Kong, et al, Single Vanadium Atoms Anchored on Graphitic Carbon Nitride as a High-Performance Catalyst for Non-Oxidative Propane Dehydrogenation, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c00659
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00659