Science Advances：碱金属卤化物包覆钙钛矿型氧化还原催化剂用于正丁烷的厌氧氧化脱氢

研途Max+ 2022-07-30 10:59 发表于福建

1，3-丁二烯是一种重要的化学构件。然而，正丁烷催化水合反应生产丁二烯存在平衡受限、能耗大、易结焦等问题。正丁烷的氧化脱氢（ODHB）可以高效地生产丁二烯，而不会产生平衡限制或结焦。尽管人们已经进行了大量研究，但在传统的氧气催化脱氢反应中，单程丁二烯的产率被限制在<23%。此外，使用气态氧气需要昂贵的空分设备，并引发了安全问题。

近日，北卡罗来纳州立大学李凡星教授通过使用来自核壳结构的“钙钛矿@熔融LiBr”氧化还原催化剂的晶格氧物种进行了少氧ODH研究。

摘要：正丁烷氧化脱氢(ODH)具有不受平衡限制和不结焦的高效生产丁二烯的潜力。尽管有大量的研究工作，但在传统的催化ODH与气态O2中，单道次丁二烯产率被限制在<23%。本文报道了熔融LiBr作为一种有效的促进剂对氧化还原活性钙钛矿氧化物La0.8Sr0.2FeO3 (LSF)进行修饰，用于正丁烷的化学环氧化脱氢(CL-ODHB)。在工作状态下，氧化还原催化剂由覆盖在固体LSF衬底上的熔融LiBr层组成。表征和从头算分子动力学(AIMD)模拟表明，LSF上形成的过氧化物与熔融的LiBr反应形成活性原子Br，作为C─H键激活的反应中间体。同时，熔化的LiBr层抑制了CO2的非选择性生成，使丁二烯产率达到42.5%。该氧化还原催化剂设计策略可推广到其他轻烷烃的CL-ODH反应，如异丁烷转化为异丁烯，提供了一种通用的方法。

文章要点

1）熔融LiBr作为一种有效的促进剂改性氧化还原活性钙钛矿氧化物，即La0.8Sr0.2FeO3 (LSF)，用于正丁烷的化学链-氧化脱氢（CL-ODHB）。

2）在工作状态下，氧化还原催化剂由覆盖在固体LSF衬底上的熔融LiBr层组成。

3）表征和从头算分子动力学模拟结果表明，LSF上形成的过氧化氢物种与熔融的LiBr反应生成活性原子BR，作为C─H键活化的反应中间体。同时，熔融的LiBr抑制了非选择性二氧化碳的生成，丁二烯的产率为42.5%。

该氧化还原催化剂的设计策略可以推广到异丁烷转化制异丁烯等其他低碳烷烃的CL-ODH反应中，为烯烃生产提供了一种通用的途径。

参考文献

Yunfei Gao, et al, Alkali metal halide–coated perovskite redox catalysts for anaerobic oxidative dehydrogenation of n-butane, Sci. Adv. 8, eabo7343 (2022)

DOI: 10.1126/sciadv.abo7343

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7343

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