La réaction de déshydrogénation au propane (PDH) est une réaction hautement endothermique, nécessitant généralement des températures supérieures à 600 ° C dans une thermo-catalyse conventionnelle. Cependant, des températures élevées entraînent une consommation d'énergie importante, un frittage de catalyseur et un dépôt de coke. Surmonter ces défis thermodynamiques et cinétiques pour atteindre la déshydrogénation du propane dans des conditions ambiantes reste un objectif majeur de la catalyse.
Dans une étude publiée dans Chimie de la naturea team led by Prof. Zhang Tao and Prof. Wang Aiqin from the Dalian Institute of Chemical Physics of the Chinese Academy of Sciences (CAS), collaborating with Prof. Gao Yi's team from the Shanghai Advanced Research Institute of CAS, developed a water-catalyzed PDH reaction route using a copper single-atom catalyst (SAC) through photo-thermo catalysis, enabling highly efficient Conversion du propane-propylène dans des conditions douces.
En utilisant un cu1/ Tio2 SAC, les chercheurs ont atteint la PDH dans des conditions presque ambitieuses dans une atmosphère de vapeur d'eau. Dans un réacteur à lit fixe à débit continu, la température de réaction a été réduite à seulement 50 à 80 ° C, atteignant une vitesse de réaction maximale de 1201 μmol gchat-1 H-1.
Les chercheurs ont révélé que les atomes uniques de Cu, la vapeur d'eau et l'éclairage de la lumière jouaient tous des rôles essentiels dans la conversion du propane-propylène.
À travers l'eau photocatalytique se séparant sur le Cu1/ Tio2 Des espèces de sac, d'hydrogène et d'hydroxyle ont été générées. Les radicaux hydroxyles ont ensuite adsorbé sur la surface du catalyseur, abstraction des atomes d'hydrogène du propane pour former du propylène et de l'eau. L'eau a agi catalytiquement sans être consommé. Ce mécanisme diffère fondamentalement du PDH traditionnel et de la déshydrogénation oxydative du propane.
En outre, les chercheurs ont démontré que la route développée pouvait être étendue à la déshydrogénation d'autres alcanes légers, y compris l'éthane et le butane. La réaction pourrait même être directement entraînée par la lumière du soleil en utilisant le Cu1/ Tio2 SAC.
« Notre étude fournit non seulement un nouveau moyen pour PDH, mais établit également un paradigme pour mener des réactions à haute température motivées par l'énergie solaire », a déclaré le professeur Liu Xiaoyan, un auteur correspondant de l'étude.
