纳米结构碳材料作为具有广泛应用潜力的无金属催化剂，在烷烃的氧化脱氢（ODH）中具有与传统金属氧化物催化剂相当的出色性能。与已阐明的金属催化剂机理不同，ODH在纳米碳催化剂上的机理仍然存在争议和不确定性。

有鉴于此，中科院金属所李波副研究员报道了结合了密度泛函理论（DFT）计算和微动力学建模（MKM），揭示了独特的ODH机理。

文章要点

1）研究人员探究了四种可能的机制，即Eley-Rideal（ER），Langmuir-Hinshelwood（LH）和Mars-van Krevelen（MvK），以及弱吸附物质与自由基之间的反应。

2）通过该模型，研究人员清楚地确定了在各种条件下ER途径比LH和MvK途径更有可能发生反应的机制。一方面，羰基是乙苯第一次氢提取的主要活性位。另一方面，在某些条件下，从中间烃（如C₆H₅CHCH₃·），O₂*和HO₂^·中提取氢对总反应速率有重要贡献。当反应物的比率接近化学计量比时，该反应在乙苯中为一级，在O₂中为零级。而且，缺陷部位不影响固有的催化性能。缺陷位点随后在稳态下转化为羰基，从而增加了活性位点的数量。

这项研究解释了在各种反应条件下，纳米碳催化剂上的ODH机理，并为催化剂的设计和反应条件的优化提供了指导。

Zan Lian, et al, Resolving the Mechanism Complexity of Oxidative Dehydrogenation of Hydrocarbons on Nanocarbon by Microkinetic Modeling, ACS Catal. 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02952

https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c02952