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ACS Catal.：Co表面氧化對(duì)丙烷氧化脫氫反應(yīng)的影響：從頭算多尺度動(dòng)力學(xué)研究

丙烷脫氫是一種日益廣泛使用的丙烯生產(chǎn)方法。該反應(yīng)為基于石油資源的傳統(tǒng)工藝提供了一種替代方法。

近日，斯洛文尼亞國(guó)家化學(xué)研究所Bla? Likozar和Matej Hu?（共同通訊作者）等人報(bào)道了他們從理論上研究了氧化鉻（Cr₂O₃）如何在氧化和還原環(huán)境中催化該反應(yīng)。在文中，作者使用多尺度建模來(lái)研究氧化和還原催化劑及其性能之間的差異。

作者采用密度泛函理論（DFT）計(jì)算了丙烷在α-Cr₂O₃(0001)氧化和還原表面上的C-C裂解、副產(chǎn)物（丙炔、乙烷、乙烯、乙炔和甲烷）生成和催化劑結(jié)焦的全部反應(yīng)過(guò)程，并進(jìn)行了Hubbard校正。

描述吸附、脫附和表面反應(yīng)的參數(shù)用于動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅模擬，該模擬采用了工業(yè)相關(guān)條件（700-900 K，壓力高達(dá)2 bar，以及各種氧化劑：N₂O、O₂和無(wú)氧化劑）。

作者觀察到在還原表面上，丙烯和氫氣以高選擇性形成。當(dāng)使用氧化劑時(shí)，表面被氧化，改變了反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)。在更快的反應(yīng)過(guò)程中，H₂O在Mars-van Krevelen循環(huán)中形成副產(chǎn)物。此外，還會(huì)形成CO₂，表示浪費(fèi)并對(duì)選擇性產(chǎn)生不利影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氧化表面活性更高，更容易生成CO₂，而還原表面活性較低，對(duì)丙烯的選擇性較高。此外，作者還研究了所用氧化劑的影響，表明N₂O比O₂更適合，因?yàn)樗哂懈叩倪x擇性和更少的催化劑結(jié)焦。

作者發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)最佳的表面氧化程度，其中丙烯的產(chǎn)率最大。在反應(yīng)過(guò)程中形成的焦炭可以與CO₂、O₂一起燃燒掉。

Effect of Surface Oxidation on Oxidative Propane Dehydrogenation over Chromia: An Ab Initio Multiscale Kinetic Study. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c01814.

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01814.

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