本文選題：氮化硼 + 羥基化　； 參考：《催化學(xué)報》2017年02期

【摘要】：乙烯是最為重要的化工原料之一,目前其工業(yè)來源主要來自于烴類的水蒸汽裂解過程.該過程本質(zhì)上是一個高溫均相裂解過程,溫度(800℃)高,能耗大,碳排放嚴(yán)重.乙烷氧化脫氫制乙烯屬于放熱反應(yīng),反應(yīng)溫度低,速率快,無積碳等限制,是一條更富有競爭力的工藝路線.然而,常用的金屬或金屬氧化物催化劑容易導(dǎo)致乙烯深度氧化,從而降低了乙烯選擇性.納米碳材料在烴類氧化脫氫反應(yīng)中展現(xiàn)出一定的催化活性,但容易被氧化,難以用于反應(yīng)溫度高的乙烷氧化脫氫反應(yīng).本文報道了羥基化的氮化硼(BNOH)可高效催化乙烷氧化脫氫制乙烯.氮化硼邊沿羥基官能團(tuán)脫氫生成了動態(tài)活性位,從而引發(fā)了乙烷的脫氫反應(yīng).BNOH對乙烷氧化脫氫制乙烯顯示出高選擇性.當(dāng)乙烷轉(zhuǎn)化率在11%,乙烯選擇性可高達(dá)95%;當(dāng)乙烷轉(zhuǎn)化率增加到40%,乙烯選擇性保持在90%.重要的是,當(dāng)乙烷轉(zhuǎn)化率超過60%時,BNOH仍然可保持80%的乙烯選擇性以及50%的乙烯收率.這些性能指標(biāo)與現(xiàn)有工業(yè)乙烷水蒸氣裂解過程運行性能相當(dāng).進(jìn)一步優(yōu)化反應(yīng)條件,BNOH催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)9.1g_(C2H4)g_(cat)~(-1)h~(-1)的時空收率.經(jīng)過200 h的氧化脫氫反應(yīng)測試,BNOH催化劑活性和選擇性基本恒定,表明其具有非常好的穩(wěn)定性.X射線粉末衍射結(jié)果顯示,反應(yīng)前后BNOH催化劑的物相沒有發(fā)生變化.透射電子顯微鏡測試證實,反應(yīng)后BNOH催化劑的形貌和微觀結(jié)構(gòu)也沒有明顯改變.X射線光電子能譜結(jié)果顯示,反應(yīng)200 h后BNOH催化劑表面的氧含量僅從反應(yīng)前的6.9 atom%微增到8.3 atom%.~1H固體核磁共振譜測試顯示,反應(yīng)200 h后,BNOH催化劑上羥基含量無明顯改變.結(jié)合原位透射紅外光譜和同位素示蹤實驗,初步確定了BNOH催化劑上引發(fā)乙烷氧化脫氫反應(yīng)的活性中心.氮化硼邊沿的氧官能團(tuán)并不能引發(fā)乙烷的氧化脫氫反應(yīng),而羥基官能團(tuán)才是氧化脫氫反應(yīng)發(fā)生的活性位.在乙烷氧化脫氫條件下,分子氧脫除羥基官能團(tuán)上的氫原子動態(tài)生成BNO~·和HO_2~·活性位.密度泛函理論計算表明,乙烷首先在BNO~·或HO_2~·位活化生成乙基自由基,這些中間物進(jìn)一步與氣相氧物種發(fā)生反應(yīng)脫氫生成乙烯.動力學(xué)測試結(jié)果也驗證了上述實驗和理論結(jié)果.
[Abstract]:Ethylene is one of the most important chemical raw materials. At present, its industrial source mainly comes from the steam cracking process of hydrocarbons. The process is essentially a high temperature homogeneous pyrolysis process with high temperature (800 鈩，

本文編號：1877063