סינתזה ובדיקה של Pt-Cu נתמך פתרון מוצק Nanoparticle זרזים עבור פרופ 'Dehydrogenation

Dehydrogenation פרופאן (PDH) הוא שלב עיבוד המפתח בייצור של פרופילן, ניצול של פצלי גז, המקור הגדל במהירות הרבה ביותר של גז במדינה ¹ . תגובה זו שוברת שני קשרים CH במולקולה של פרופאן כדי ליצור פרופילן אחד ומימן מולקולרי. זרזים מתכת אצילי, כולל חלקיקים PD, התערוכה סלקטיביות עניים עבור PDH, לשבור את הקשר CC לייצר מתאן עם תשואה גבוהה, עם הייצור במקביל של קוקאין, המוביל לחיסול deactivation. דיווחים אחרונים הראו כי זרזים PDH סלקטיבית ניתן להשיג על ידי תוספת של יזמים כמו Zn או ב Pd ^{2 , 3 , 4} . הזרזים המקודמים הם כמעט 100% סלקטיבי ל- PDH, לעומת פחות מ -50% עבור חלקיקים PD מונומטאלי באותו גודל. השיפור הגדול בסלקטיביות יוחס להיווצרות תרכובת בין-תחומית PdZn או PdIn(IMC) מבנים על פני השטח זרז. מערך מסודר של שני סוגים שונים של אטומים ב IMCs מבודד גיאומטרי מבודד את האתרים הפעילים PD עם זן לא קטליטי או אטומים In, אשר כיבה את תגובות בצד מזוקק על ידי אנסמבל (קבוצה) של אתרים פעילים Pd פעיל.

פלטינום יש את הסלקטיביות הפנימית הגבוהה ביותר בין מתכות אצילות עבור dehydrogenation פרופאן, אבל זה עדיין לא משביע רצון לשימוש מסחרי ¹ . בדרך כלל, Sn, Zn, In או Ga מתווסף כמקדם עבור Pt ^{5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13} . בהתבסס על הרעיון כי בידוד גיאומטרי באתר פעיל תורם סלקטיביות גבוהה, כל אלמנט קטליטי לא טופס סגסוגתמבנה עם Pt, כגון Cu, צריך גם לקדם את הביצועים זרז ¹⁴ . כמה מחקרים קודמים הציעו כי תוספת של Cu אכן שיפרה את הסלקטיביות PDH של זרזים Pt ^{15 , 16 , 17 , 18} . עם זאת, שום עדות ישירה לא דווחו כדי לקבוע אם Pt ו Cu טופס חלקיקים בימטריים או מבנים הורה, אשר חיוני להבנת אפקט קידום מכירות של Cu. בתרשים שלב בינארי של Pt-Cu, שני סוגי מבנים שונים אפשריים על פני טווח רחב של הרכב ^{16 , 18} : מתחם intermetallic, שבו Pt ו Cu כל תופסים אתרי קריסטל ספציפיים, פתרון מוצק, שבו Cu תחליפים אקראיים מסורק. IMCs טופס בטמפרטורה נמוכה ולהפוך פתרון מוצק בסביבות 600 – 800 מעלות צלזיוס עבור חומרים בתפזורת <suP class = "xref"> 14. טמפרטורת המרה זו עשויה להיות נמוכה יותר עבור חלקיקים, ליד טמפרטורת התגובה של PDH ( כלומר 550 מעלות צלזיוס). לכן, חשוב לחקור את הסדר האטומי של Pt-Cu בתנאי תגובה. עבור חלקיקים נתמכים עם גודל חלקיקים קטנים, זה מאוד מאתגר כדי לקבל מידע מבניים משמעותיים באמצעות מכשירי מעבדה ¹⁹ . החזרה המוגבלת של תאי יחידה מובילה לשיאים עזים מאוד, בעלי עוצמות נמוכות מאוד. בגלל שבריר גבוה של אטומי פני השטח חלקיקים 1 – 3 ננומטר בגודל, אשר מחומנים באוויר, עקיפה חייב להיות שנאספו באתרם באמצעות שטף רנטגן גבוהה, בדרך כלל זמין עם טכניקות synchrotron.

דיווחו בעבר Pt-Cu זרזים PDH היו כל גדול מ 5 ננומטר בגודל ^{15 , 16 , 17 , 1}8. עם זאת, עבור זרזים nanoparticle מתכת אצילי, תמיד יש רצון עז למקסם את הפעילות הקטליטית ליחידת עלות על ידי סינתזה זרזים עם dispersions גבוהה (בדרך כלל סביב או פחות מ 2 ננומטר בגודל) ¹⁹ . למרות הכנת חלקיקים bimetallic בגודל זה אפשרי על ידי שיטות הספגה רגילה, שליטה רציונלית על הנהלים הוא הכרחי. מבשרי מתכת, pH של הפתרון impregnating, ואת סוג התמיכה צריך להיות מבוקר כדי לייעל את עיגון של מינים מתכת על פני השטח משטח תומך גבוהה. לאחר מכן calcination ואת הפחתת חום טיפולים צריך להיות גם בקפידה כדי לדכא את הצמיחה של חלקיקים מתכתיים.

מאמר זה מכסה את הפרוטוקול לסינתזה של נתמך 2 ננומטר Pt-Cu bimetallic זרזים nanoparticle ובדיקת הביצועים שלהם dehydrogenation פרופאן. המבנה של זרזים נחקר על ידי סריקה TRansmission מיקרוסקופיה אלקטרונית (STEM), in situ synchrotron רנטגן ספיגה ספקטרוסקופיה (XAS), וכן סינתרוטרו באתרו עקיפה X- קרן (XRD), אשר מסייעים להבהיר את הביצועים זרז משופר עם כניסתה של Cu.