Siti sinergici sul catalizzatore ZnxZrO per la scissione mirata dei legami C-H dell'etano in tandem con l'attivazione della CO2
L'etilene, una delle più importanti olefine leggere, è una materia prima fondamentale per la produzione di vari prodotti chimici ad alto valore aggiunto. La produzione industriale di etilene si basa principalmente sul cracking a vapore di etano e nafta, che presenta diversi inconvenienti, tra cui l'eccessivo consumo di energia, le notevoli emissioni di carbonio e la forte deposizione di coke.
La reazione tandem è stata ottenuta grazie all'effetto sinergico dei siti Zn-O-Zr e dei vacanti di ossigeno; il legame C-H dell'etano è stato selettivamente clippato sui siti Zn-O-Zr e i legami C=O della CO2 sono stati attivati sui vacanti di ossigeno.
Chinese Journal of Catalysis
La deidrogenazione ossidativa dell'etano assistita da CO₂ (CO₂-ODHE) rappresenta un processo ecologico che consente di utilizzare le risorse dell'etano con il gas serra CO₂. Questa tecnologia dimostra un potenziale significativo per far progredire le iniziative di neutralità del carbonio e stabilire sistemi di produzione chimica sostenibili. Gli attuali sistemi catalitici presentano limitazioni intrinseche derivanti dal compromesso attività-selettività e dall'insufficiente stabilità. La progettazione di catalizzatori in grado di ottenere contemporaneamente la scissione selettiva del legame C-H dell'etano e l'attivazione efficiente della CO₂ rappresenta una sfida fondamentale per la CO₂-ODHE.
Il catalizzatore ZnxZrO bifunzionale sviluppato in questo studio mostra effetti sinergici nell'attivazione simultanea dei legami C-H e C=O. Sono state impiegate tecniche di caratterizzazione complete per sondare gli stati chimici superficiali di ZnxZrO durante la CO₂-ODHE, identificando funzioni distinte dei siti attivi. I siti Zn-O-Zr scindono selettivamente i legami C-H dell'etano, mentre i vacanti di ossigeno attivano efficacemente i legami C=O del CO₂, consentendo una conversione sinergica di etano e CO₂. In situ FTIR ha ulteriormente chiarito il meccanismo di reazione tandem che coinvolge la deidrogenazione dell'etano e il reverse water-gas shift (RWGS).
Questo studio fornisce indicazioni fondamentali per lo sviluppo di catalizzatori economici, altamente attivi e stabili per CO₂-ODHE, stabilendo al contempo una nuova strategia di progettazione di catalizzatori per la scissione del legame C-H degli alcani nella produzione di olefine e nell'utilizzo di CO₂.
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