氮化硼催化低碳烷烃氧化脱氢的活性起源探讨
页岩气的急速开采推动了以天然气替代石油的资源革命.除主组分甲烷外,天然气、页岩气中还包含大量乙烷、丙烷等低碳烷烃资源,将这些储量丰富的碳资源直接转化为烯烃等基础化学品有望革新以原油为基础的化学工业.现有烷烃催化脱氢制烯烃工艺中,直接脱氢过程吸热、热力学受限,且存在催化剂迅速失活的难题; 而氧化脱氢是放热过程、无平衡限制,也无积碳等引发催化剂失活的问题,有利于提高反应效率、降低能耗,代表了更为高效和经济的新路线.但作为一个热力学爬坡过程,目前金属氧化物催化剂上烯烃产物很容易深度氧化到 CO2,选择性仍有待提高.非金属氮化硼能够有效活化低碳烷烃中的 C-H 键,促进烷烃氧化脱氢,并能够有效抑制深度氧化产物的生成,解决低碳烷烃临氧脱氢过程中产物易深度氧化的固有难题.本文综述了近期氮化硼在乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烃氧化脱氢制烯烃反应中的研究进展.以丙烷氧化脱氢为例,通过比较文献报道的几种氮化硼材料的氧化脱氢性能,发现羟基化氮化硼显示了最高的烯烃选择性和时空收率,以 20.6% 的丙烷转化率为基准,烯烃选择性超过 90%,而时空收率可达 6.8 golefingcat-1 h-1.在此基础上,本文重点讨论了对于氮化硼材料催化活性起源的认识.主要实验事实和结论包括:氮化硼自身几乎没有氧化脱氢活性,而在烷烃氧化脱氢反应条件下存在活性诱导期; 活性诱导期伴随着氮化硼边沿氧官能团化过程; 氮化硼边沿 B-O 官能团没有脱氢活性,而 B-OH 官能团参与了氧化脱氢过程,辅助分子氧引发低碳烷烃脱氢反应; 分子氧在羟基氮化硼边沿解离活化,反应过程中与边沿结构氧存在动态交换; 氮化硼边沿羟基化定向合成过程可显著增强氧化脱氢反应活性.氮化硼作为一类新型烷烃氧化脱氢催化剂,目前正处于研究的初始阶段.因此,本文最后总结了一些关于氮化硼烷烃脱氢催化体系仍需深入研究的科学问题.
氮化硼、zig-zag边、硼羟基、低碳烷烃、氧化脱氢、诱导期
39
国家自然科学基金重点项目21733002;国家自然科学基金U1462120,21403027;长江学者奖励计划T2015036This work was supported by State Key Program of the National Natural Science Foundation of China21733002;the National Natural Science Foun-dation of ChinaU1462120,21403027;Cheung Kong Scholars Programme of ChinaT2015036
2018-05-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
共6页
908-913
