杂原子掺杂生物质碳催化丙烷直接脱氢制丙烯

作     者：甘洪宇 冯燕 杨德鸿 田煜彬 李阳 邢涛 李智 赵学波 代鹏程 GAN Hongyu;FENG Yan;YANG Dehong;TIAN Yubin;LI Yang;XING Tao;LI Zhi;ZHAO Xuebo;DAI Pengcheng

作者机构：中国石油大学(华东)新能源学院青岛266580 山东能源集团有限公司新能源事业部济宁273500 西安交通大学材料科学与工程学院西安710049 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2022年第37卷第10期

页      面：1058-1064,I0001页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(51702365) 山东省重点研发计划(2019GGX102056) 

主　　题：生物质碳 杂原子掺杂 直接脱氢 丙烷 丙烯 

摘      要：碳材料以其低成本、良好的化学稳定性和热稳定性等优异特性被广泛应用于各种催化反应中。本研究利用来源广泛的天然脱脂棉为原材料,通过原位气相掺杂的方法制备了N掺杂、B掺杂、BN共掺杂的生物质碳材料,并将其应用在丙烷直接脱氢制丙烯反应中。研究发现,与未掺杂的生物质碳相比,杂原子掺杂的生物质碳均表现出更高的丙烷转化率和丙烯选择性,而且N、B单独掺杂的生物质碳材料催化性能优于BN共掺杂的生物质碳材料,其中N掺杂的生物质碳具有最优催化性能:在600℃反应温度下,丙烷转化率达到17.6%,总烯烃收率达14.8%,且经过12 h的脱氢反应后,催化剂性能无明显的衰减。通过对这些碳材料的化学结构和催化性能的对比分析,发现N掺杂和B掺杂使得碳材料表面的大量C-O基团转变为具有丙烷脱氢活性的C=O基团,抑制反应过程中的C-C键断裂,从而提高目标产物丙烯的选择性。生物质碳材料成本低廉且来源广泛,以其作为催化剂可以极大地推动丙烷脱氢工业的发展。