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yb体育APP下载—新型催化剂在生产乙烯时具有 100% 选择性
 时间 : 2022-08-03  

塔夫斯年夜学、伦敦年夜学学院 (UCL)、剑桥年夜学和加州年夜学圣巴巴拉分校的研究人员已证实,催化剂确切可以成为变化的鞭策者。在颁发在《科学》杂志上的一项研究中,他们利用在超等计较机上运行的量子化学摹拟来猜测新的催化剂布局和它与某些化学物资的彼此感化,并在实践中证实了它出产丙烯的能力,今朝求过于供。这是急需的用在制造塑料、织物和其他化学品。这些改良有可能实现高效、“更绿色”、碳萍踪更低的化学物资。

丙烯的需求量约为每一年 1 亿公吨(价值约 2,000 亿美元),今朝底子没法知足激增的需求。其出产范围仅次在硫酸和乙烯,是化工行业第三年夜转化工艺。出产丙烯和乙烯的最多见方式是蒸汽裂解,其产率限制在 85% 之内,是化学工业中能耗最高的工艺之一。出产丙烯的传统原料是石油和自然气营业的副产物,但向页岩气的改变限制了其出产。

用在从页岩气中发现的丙烷出产丙烯的典型催化剂由金属组合构成,这些金属在原子程度上可能具有随机、复杂的布局。反映性原子凡是以很多分歧的体例堆积在一路,这使得基在化学物资若何与催化概况彼此感化的根基计较,设计新的反映催化剂变得坚苦。

比拟之下,在塔夫茨年夜学发现并在 2012 年初次在《科学》杂志上报导的单原子合金催化剂将单个活性金属原子分离在更惰性的催化剂概况,密度约为 1 个活性原子比 100 个惰性原子。这使得单个催化原子和正在处置的化学品之间可以或许进行明白的彼此感化,而不会因与四周其他活性金属的外来彼此感化而夹杂。由单原子合金催化的反映常常是洁净和高效的,并且正如今朝的研究所证实的那样,它们此刻可以经由过程理论方式进行猜测。

我们与伦敦年夜学学院和剑桥年夜学的合作者一路利用在超等计较机上运行的第一性道理计较采取了一种新方式来解决这个问题,这使我们可以或许猜测将丙烷转化为丙烯的最好催化剂,查尔斯赛克斯说,他是塔夫茨年夜学化学系约翰韦德传授和该研究的通信作者。

这些致使猜测催化剂概况反映性的计较经由过程原子级成像和模子催化剂上运行的反映获得证实。研究人员随后合成了单原子合金纳米粒子催化剂,并在工业相干前提下对其进行了测试。在此特定利用中,分离在铜 (Cu) 概况上的铑 (Rh) 原子最合适将丙烷脱氢以制造丙烯。

经常使用多相催化剂的改良首要是一个频频实验的进程,伦敦年夜学学院化学工程副传授、该研究的配合通信作者 Michail Stamatakis 说,单原子催化剂使我们可以或许按照第一道理计较份子和原子若何在催化概况彼此感化,从而猜测反映成果。在这类环境下,我们猜测铑将很是有用地将氢从甲烷和丙烷——这一猜测与常识各走各路,但在付诸实践时却获得了使人难以置信的成功。我们此刻有了一种公道设计催化剂的新方式。

单原子 Rh 催化剂很是高效yb体育app下载,丙烯产物的选择性出产率为 100%,而当前工业丙烯出产催化剂的选择性为 90%,此中选择性是指发生所需产物的概况反映比例。假如被工业采取,这类效力程度可以节流年夜量本钱,而且不会将数百万吨的二氧化碳排放到年夜气中,赛克斯说。

单原子合金催化剂不但效力更高,并且还偏向在在更暖和的前提和更低的温度下进行反映,是以与传统催化剂比拟,运行所需的能量更少。它们的出产本钱可能更低,只需要一小部门贵金属,如铂或铑,这些贵金属可能很是昂贵。例如,铑的价钱今朝约为每盎司 22,000 美元,而占催化剂 99% 的铜的价钱仅为每盎司 30 美分。新型铑/铜单原子合金催化剂还具有抗焦化能力——这是工业催化反映中遍及存在的问题,此中高碳含量中心体——根基上是烟灰——在催化剂概况储蓄积累并最先按捺所需的反映. 这些改良是“更环保”的法门

这项工作进一步证实了单原子合金催化剂在解决催化剂行业效力低下的庞大潜力,这反过来又具有很是年夜的经济和情况收益,赛克斯说。

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