NixCuy-B24N28 催化CO2 氧化C3H8 速控步骤的反应机理研究

律佳媛, 任瑞鹏, 吕永康

（1. 太原理工大学 省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室, 山西 太原 030024;2. 山西浙大新材料与化工研究院, 山西 太原 030024）

丙烷（C3H8）催化氧化脱氢是有效利用天然气和页岩气的重要手段, 二氧化碳（CO2）作为弱氧化剂参与催化反应, 这对于能源利用和解决全球变暖问题具有重要的研究价值［1-2］. 近年来, CO2氧化C3H8反应逐渐成为当前研究的热点［3-4］, 其中C3H8的第一个C－H 键活化是氧化脱氢过程的关键步骤［1,5-6］. C3H8初步氧化可以通过C（1）－H或C（2）－H 键的断裂进行, 生成的中间体可以再继续裂解.目前大部分研究表明C3H8的C（2）－H 键断裂更具优势, 而且, C3H8的C－H 键断裂生成丙基为速率控制步骤, 在C3H8氧化脱氢过程中起着决定性作用［7-9］.

目前, 推动C3H8氧化脱氢的关键在于催化剂的设计. 研究表明, 氮化硼（BN）边缘能有效的吸附并选择性活化C3H8的C－H 键［10-11］, 促进C3H8的氧化脱氢, 但因其大带隙［12］对CO2的吸附活化并不敏感, 而Baei［13］和Qu［14］等研究发现BN 双环团簇可以有效地捕获并激活CO2分子. 另外,Yang 等［15-18］发现在BN 团簇内掺杂少量过渡金属可以调节B-p轨道的占据, 在催化反应中表现出良好的催化活性. 研究表明, 相对于纯的BN 材料, 有金属颗粒掺杂的BN 类催化体系展示出相对更好的催化性能, 将其用于CO2氧化C3H8反应, 或可同时促进C3H8的C－H 键断裂脱氢与CO2的活化加氢.

在目前广泛研究的C3H8脱氢催化剂中, 镍基催化剂可作为C3H8氧化脱氢的有效催化剂, 如介孔NiO 在450 ℃时, 催化C3H8氧化的转化率可达25.8%, C3H6选择性为51.3%, 且72 h 内保持稳定［19］,但镍基催化剂的NiOx易被还原, 促……