ACS Nano：g-C3N4上固定的钒单原子作为高性能非氧化丙烷脱氢催化剂

痴迷文献

2020-05-07

与油基裂解技术相比，丙烷选择性脱氢生产丙烯是一种更环保、更具成本效益的生产方法。

有鉴于此，苏州大学李有勇教授，林海平副教授报道了采用密度泛函理论方法研究了固载在g-C₃N₄上的一系列单金属原子(V，Cr，Mn，Zr，Nb，Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，Au)在丙烷脱氢反应(PDH)中的催化性能。

文章要点

1）以C-H键第一次断裂反应能和丙烯吸附能作为筛选指标。通过与目前最先进的Pt₂Sn催化剂进行比较，选择了固定在g-C₃N₄上的单一V、Cr和Mn原子作为潜在的PDH催化剂。密度泛函理论(DFT)计算表明，固定在石墨氮化碳(V1/g-C3N4)上的单原子钒(V)催化剂具有工业实用活性、选择性和热稳定性，是一种很有前途的无氧PDH单原子催化剂。

2）V₁/g-C₃N₄的催化活性属于类自由原子的V 3d态。然而，丙烯的选择性归因于V原子在V₁/g-C₃N₄中的结构限制，这导致了丙烯与π的弱相互作用。因此，生成的丙烯分子在V₁/g-C₃N₄上的脱附速率应比在金属表面上的脱附速度快，从而提高催化选择性。

该研究结果为烷烃选择脱氢单原子催化剂的设计和筛选提供了指导。

Ningning Kong, et al, Single Vanadium Atoms Anchored on Graphitic Carbon Nitride as a High-Performance Catalyst for Non-Oxidative Propane Dehydrogenation, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c00659

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00659