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揭示 IrO2 在乙烷化学链氧化脱氢中的表面态演变
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2023-01-09 , DOI: 10.1021/acscatal.2c05770
Lulu Ping 1, 2 , Yuan Zhang 1 , Baojun Wang 1, 2 , Maohong Fan 3, 4, 5 , Lixia Ling 2 , Riguang Zhang 1, 2
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基于乙烷氧化脱氢有利的热力学和抗结焦的优点以及乙烯选择性低的挑战,研究了IrO 2催化剂上的化学链氧化脱氢(CL-ODH),包括脱氢和再生过程。考虑了化学计量的 S-IrO 2和还原的 R-IrO 2催化剂作为具有动态变化的 IrO 2表面结构的两个极端状态。密度泛函理论(DFT) 计算和动力学蒙特卡罗模拟表明乙烷在S-IrO 2和R-IrO 2催化剂上的脱氢机理完全不同。在 S-IrO 2催化剂,乙烷氧化脱氢为C 2 H 4 (g),H 2 O(g)、CO(g)和CO 2 (g)带走表面晶格氧,随后晶格氧从本体迁移到表面,导致S-IrO 2催化剂的还原。在 R-IrO 2催化剂上,乙烷直接脱氢为 C 2 H 4 (g) 和 H 2 (g)。此外,再生过程中的氧化度大于脱氢过程中的Ov浓度,容易实现再生过程中的氧气补给。更重要的是,IrO 2催化剂在脱氢过程中既不能完全还原,也不能在再生过程中完全氧化, IrO 2催化剂同时存在S-IrO 2和R-IrO 2,​​750 K和0.8 bar C 2 H 6 (g)获得最佳反应条件的压力;因此,对于 IrO 2上的乙烷 CL-ODH催化剂,所提出的机理从氧化脱氢过程开始;随着表面晶格氧的消耗和氧从本体迁移到表面,氧化脱氢和非氧化脱氢同时发生,直至再生。本研究拓宽了对乙烷 CL-ODH 对金属氧化物催化剂的理解,并为优化 CL-ODH 工艺和开发其他烷烃 CL-ODH 工艺中的其他高性能金属氧化物催化剂提供了有价值的信息。



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更新日期:2023-01-09
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