科學(xué)研究
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科研進(jìn)展
廣州能源所利用載氧體構(gòu)建新策略實(shí)現(xiàn)甲烷高效制烯烴 文章來(lái)源:廢棄物處理與資源化利用研究室 | 發(fā)布時(shí)間:2023-12-15 | 【打印】 【關(guān)閉】 近日,廣州能源研究所廢棄物處理與資源化利用研究室趙坤副研究員聯(lián)合美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)等研究團(tuán)隊(duì),報(bào)道了一種在以促進(jìn)劑碳酸鋰(Li2CO3)修飾的具有氧化還原活性的復(fù)合稀土金屬氧化物的催化作用下,實(shí)現(xiàn)低溫高效化學(xué)鏈甲烷氧化偶聯(lián)的方法。該催化劑在700 下單程C2+收率高達(dá)30.6%,且在甲烷分壓高達(dá)1.4 atm的條件下仍能表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。相關(guān)研究成果以Lithium carbonate-promoted mixed rare earth oxides as a generalized strategy for oxidative coupling of methane with exceptional yields為題,于近日發(fā)表在《自然—通訊》(Nature Communications)。
甲烷氧化偶聯(lián)(OCM)技術(shù)可在自熱條件下通過(guò)一步反應(yīng)將甲烷轉(zhuǎn)化為高附加值烯烴或烷烴(C2+),是催化中的“王冠反應(yīng)”。但經(jīng)過(guò)近40年的研究,常見(jiàn)的OCM催化劑Li/MgO和Na/Mn/W/SiO2等始終無(wú)法解決反應(yīng)過(guò)程中C2+單程收率較低(<30%)、反應(yīng)溫度較高(>800 C)及甲烷反應(yīng)氣分壓較低(<1 atm)等難題。
該工作通過(guò)化學(xué)鏈循環(huán)的方式,構(gòu)建了系列碳酸鋰負(fù)載的復(fù)合稀土金屬氧化物作為載氧體催化劑,有效抑制氧氣直接作為氧化劑導(dǎo)致的甲烷過(guò)度氧化反應(yīng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)甲烷氧化偶聯(lián)高效制備C2+。通過(guò)原位表征手段與量子化學(xué)計(jì)算,發(fā)現(xiàn)復(fù)合稀土氧化物中的Pr4+可誘導(dǎo)催化劑表面產(chǎn)生過(guò)氧化物活性中間體并演變成活性羥基自由基,實(shí)現(xiàn)高效C-H鍵活化和C-C鍵偶聯(lián)。
該研究建立了Li2CO3負(fù)載的復(fù)合稀土金屬氧化物中Pr的氧化態(tài)與C2+收率之間的普遍相關(guān)性,為甲烷氧化偶聯(lián)反應(yīng)中的氧化還原催化劑構(gòu)建提供了理性設(shè)計(jì)思路。在此基礎(chǔ)上,原料氣還可以拓展至生物沼氣、垃圾填埋氣、煤層氣等資源的高值化利用。
上述工作得到廣東省杰出青年基金、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院青促會(huì)等項(xiàng)目支持。 |
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