記者昨天從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲悉，該所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室催化材料研究部等科研單位，借助在納米金剛石表面上高度彎曲的氧摻雜石墨烯活性結(jié)構(gòu)，在無(wú)氧、無(wú)水蒸氣保護(hù)的低溫條件下實(shí)現(xiàn)了乙苯直接脫氫制取苯乙烯，其催化活性約為工業(yè)氧化鐵催化劑的3倍。
此項(xiàng)成果將在乙苯脫氫工業(yè)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。研究人員首次使用了非金屬材料催化直接脫氫反應(yīng)，利用先進(jìn)的原位表征手段在非金屬催化反應(yīng)機(jī)理、活性位結(jié)構(gòu)和反應(yīng)中間體等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題上取得了重要突破，為非金屬催化方向的深入發(fā)展和乙苯脫氫傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)提供了重要參考。
據(jù)介紹，積碳一直是困擾烷烴轉(zhuǎn)化工業(yè)的關(guān)鍵問(wèn)題。傳統(tǒng)催化劑以金屬及其氧化物為活性組分，反應(yīng)物烷烴分子在活化的同時(shí)也不可避免地形成碳沉積物，最終導(dǎo)致催化劑活性流失。傳統(tǒng)的解決方法是添加堿金屬、稀土金屬氧化物等助劑適當(dāng)延緩失活過(guò)程，或者引入大量水蒸氣進(jìn)行原位消碳以保護(hù)活性中心，迫切需要開(kāi)發(fā)新一代節(jié)能、清潔、高效的烷烴脫氫催化材料。
沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室催化材料研究部與德國(guó)FritzHaber研究所、中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所、克羅地亞研究人員合作發(fā)現(xiàn)，納米金剛石表面碳原子在較大的表面曲率作用下發(fā)生部分石墨化，形成了獨(dú)特的“金剛石-石墨烯”的核殼納米結(jié)構(gòu)。他們?cè)跓o(wú)水蒸氣保護(hù)的直接脫氫反應(yīng)條件下，對(duì)納米金剛石和典型工業(yè)氧化鐵催化劑的活性和穩(wěn)定性進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，反應(yīng)開(kāi)始5小時(shí)后，氧化鐵催化劑上轉(zhuǎn)化率由20.2%迅速降低至7.1%，而納米金剛石上轉(zhuǎn)化率則在120小時(shí)內(nèi)高于20.5%，苯乙烯選擇性高達(dá)97.3%。反應(yīng)后，氧化鐵上發(fā)生嚴(yán)重積碳，而納米金剛石的表面結(jié)構(gòu)則沒(méi)有明顯變化。