甲烷的氧化偶联OCM反应是制备乙烷、乙烯的一种具有广泛前景的方法，能够消除CO₂释放问题、而且在混合离子和导电陶瓷膜反应器（CMR）中表现出较高的效率。迄今为止，关于OCM的CMR研究局限在不稳定、不相容的材料，在短期催化过程中进行测试，因此难以进行规模扩大、实现商业化。有鉴于此，麻省理工学院Georgios Dimitrakopoulos、Ahmed F. Ghoniem等报道了一种BaFe_0.9Zr_0.1O_3−δ钙钛矿（BFZ91）作为氧离子的离子-电子混合导电型（MIEC）陶瓷膜、La₂O₃作为OCM反应的催化剂，实现了在OCM反应中的长期稳定性。实验结果显示，当反应温度在750~900 ℃中，输入气体中CH₄的比例为0~30 %，在连续操作达到23 天的过程中催化反应保持稳定，通过进一步的材料表征验证了催化反应稳定性。

本文要点：

（1）

在OEM催化反应中，BFZ91催化剂展示了较高的O₂渗透通量，0.5~1.5 μmol/cm²/s；CH₄的转化率达到~35 %；反应中C₂H₆、C₂H₄的选择性分别能够达到~50 %、~40 %。反应中的C₂H₆、C₂H₄的产率分别在1~5 %、1~7 %，当反应温度提高，产物中C₂H₄的选择性增加。当不加入La₂O₃，CH₄的转化率、C₂产率降低，说明BFZ91并不能促进CH₄的氧化、重整、界面反应。

（2）

本文结果展示了在这种反应器中，CH₄除了转化为C₂H₆、H₂O，同时也可能完全转化为CO₂、H₂O。但是该反应中由于气相中C₂H₆能够进行非氧化脱氢生成C₂H₄，导致反应中生成C₂H₄是主要过程，在La₂O₃界面上未发现C₂H₆非氧化脱氢生成C₂H₄的过程。

参考文献

Georgios Dimitrakopoulos*, Bonjae Koo, Bilge Yildiz, and Ahmed F. Ghoniem*, Highly Durable C₂ Hydrocarbon Production via the Oxidative Coupling of Methane Using a BaFe_0.9Zr_0.1O_3−δ Mixed Ionic and Electronic Conducting Membrane and La₂O₃ Catalyst, ACS Catal. 2021, 11, 3638–3661

DOI: 10.1021/acscatal.0c04888

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c04888