过渡金属基催化剂通常在气固非均相体系中的烃类化合物脱氢过程(包括甲醇脱氢)中具有较差的抗焦性。
近日,上海交通大学李新昊教授报道了在固定床反应器中,作为甲醇脱氢的高效抗焦催化剂,氮掺杂碳片中原子分散的Ni中心具有优异的耐久性。
文章要点
1)研究人员将镍金属片与双氰胺(DCDA)进行高温热缩合反应,生成镍纳米颗粒与掺氮碳的杂化产物(Ni-NP/NC)。然后应用温和的酸蚀工艺去除Ni金属并生成原子分散的Ni−N4位。HAADF-STEM和TEM图像显示,Ni原子在碳基体上是均匀分散的,而不是大的纳米颗粒。
2)在固定床反应器中,Ni-N4/NC可用作甲醇脱氢的集成,活性和抗焦化催化剂,在15 h-1内(重时空速,WHSV)对氢和CO具有高选择性。实验和计算结果均表明,Ni−N4位的电子结构促进了深度脱氢产物乙烯的脱附,释放出Ni活性中心,同时具有很高的H2产率(1800 mol H2 mol−1 Ni h−1)和即使在临界条件下也有很高的抗焦性能。
这项工作在很大程度上拓宽了原子分散金属杂原子基纳米催化剂的应用范围,有助于解决传统过渡金属催化剂在实际反应器中面临的结焦失活问题。
Jing-Tan Han, et al, Atomically Dispersed Ni-Based Anti-Coking Catalysts for Methanol Dehydrogenation in a Fixed-Bed Reactor, ACS Catal. 2020
DOI:10.1021/acscatal.0c03328
https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c03328