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[材料资讯] 肖建平课题组JACS:实现乙烷非氧化脱氢制乙烯机理的模型统一

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发表于 2020-9-16 15:26:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
近日,我所催化基础国家重点实验室理论催化创新特区研究组(05T8组)肖建平研究员团队与浙江大学肖丰收教授、王亮研究员团队合作,在乙烷非氧化脱氢制乙烯的研究中取得新进展。 
  乙烯和丙稀等低碳烯烃是现代化学工业的重要原料。通过低碳烷烃脱氢,有望实现页岩气直接生产低碳烯烃,具有重要的研究价值。金属铁(Fe)催化剂曾被用于非氧化脱氢反应,但其存在积碳严重的问题。而通过分子筛S-1改性的Fe-S-1,在非氧化脱氢反应中表现出较好的活性和抗积碳能力。因此,理解Fe和Fe-S-1的差异,以及从理论上统一金属和分子筛催化剂的不同机理非常重要。

乙烷非氧化脱氢

乙烷非氧化脱氢
  本工作通过研究两个维度的描述符(*C2H4和*H的吸附自由能),构建了反应相图,统一了Fe和Fe-S-1催化剂不同的反应机理。研究发现,金属催化剂Pt、Pd和PtSn的本征活性(转化率)受反应第一步乙烷脱氢(R1)的限制,而Fe位于R1、R3(乙烯脱附)和R4(氢气脱附)的交点处,即Fe的催化性能会受到上述三个步骤的同时影响。对于沸石S-1改性的催化剂,Ni-S-1和Cu-S-1的速率限制步骤是R4,而Fe-S-1恰好位于R1和R4的交界处,其相对较弱的H*吸附使得更容易生成氢气和脱附。该工作通过微观动力学模型从理论上统一了金属和分子筛体系的反应收率,为非氧化脱氢反应催化剂的设计提供了新的方向。
  相关成果发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)上。该工作得到了国家自然科学基金、中科院先导B项目和辽宁省“兴辽英才计划”等研究经费的支持。(文/图 李欢)
       文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c07792
       文章来源:大连化物所
       肖建平博士2009-2013年在德国不来梅大学物理和电子工程系攻读博士学位(指导导师:Thomas Frauenheim教授和Thomas Heine教授),主要从事固体氧化物表面稳定性和反应性的理论研究。2013-2015年在中国科学院大连化学物理研究所进行博士后研究工作(合作导师:包信和 研究员/院士),主要研究在限域环境下催化反应中的一般性规律和电子结构根源。2015-2017年在美国斯坦福大学进行博士后研究工作(合作导师:Jens K. Nørskov 教授/院士),主要研究电化学还原二氧化碳得到液体燃料的基本原理和方法。2017年11月回国在浙江西湖高等研究院-理学研究所工作,总共发表学术论文57篇,包括Science, Nature Energy, Nature Communications, PNAS, PRL, JACS, Angew Chem, Chem. Sci.等等。
       肖丰收,出生于1963年1月4日,山东莱州市人,现在为浙江大学化学系教授。他1983和1986年先后在吉林大学化学系获得学士和硕士学位后,又作为联合培养博士生形式1987年去日本北海道大学学习,并于90年获得博士学位。他还于93.9-94.12间在美国加州大学进行博士后研究。 目前,肖丰收教授的主要研究领域有:分子筛催化材料合成与性能;利用双氧水进行催化氧化研究;绿色催化材料与性能;复合催化材料;金属催化与原子簇催化研究;新型催化材料的设计与性能等到。
       王亮,浙江工业大学化学工程学院教授、博士生导师、课题组长。在云南大学化学系获得学士和硕士学位,在中国科学院研究生院获得博士学位。曾在中国科学院长春应用化学研究所和日本国立材料科学研究所从事博士后研究工作多年;曾获得日本学术振兴会博士后奖学金;曾被全职聘为中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室研究员、博士生导师、课题组长。


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