Sítios sinérgicos no catalisador ZnxZrO para a clivagem orientada das ligações C-H do etano em conjunto com a ativação do CO2
O etileno, uma das olefinas leves mais importantes, é uma matéria-prima fundamental para a produção de vários produtos químicos de elevado valor acrescentado. A produção industrial de etileno baseia-se principalmente no craqueamento a vapor do etano e da nafta, que apresenta vários inconvenientes, incluindo o consumo excessivo de energia, emissões significativas de carbono e deposição severa de coque.
A reação em tandem foi conseguida através do efeito sinérgico dos sítios Zn-O-Zr e das lacunas de oxigénio, a ligação C-H do etano foi seletivamente cortada nos sítios Zn-O-Zr e as ligações C=O do CO2 foram activadas nas lacunas de oxigénio.
Chinese Journal of Catalysis
A desidrogenação oxidativa assistida por CO₂ do etano (CO₂-ODHE) representa um processo ecológico que permite a utilização de recursos de etano com o gás de efeito estufa CO₂. Esta tecnologia demonstra um potencial significativo para o avanço de iniciativas de neutralidade de carbono e para o estabelecimento de sistemas de produção química sustentáveis. Os actuais sistemas de catalisadores apresentam limitações inerentes ao compromisso atividade-seletividade e estabilidade insuficiente. O projeto de catalisadores capazes de alcançar simultaneamente a cisão seletiva da ligação C-H do etano e a ativação eficiente do CO₂ representa um desafio fundamental no CO₂-ODHE.
O catalisador ZnxO catalisador bifuncional de Zn x ZrO desenvolvido neste estudo exibe efeitos sinérgicos na ativação simultânea de ligações C-H e C = O. Técnicas de caraterização abrangentes foram empregadas para sondar os estados químicos da superfície de ZnxZrO durante o CO₂-ODHE, identificando funções distintas de sítios ativos. Os sítios Zn-O-Zr clivam seletivamente as ligações C-H do etano, enquanto as vacâncias de oxigênio ativam efetivamente as ligações C = O do CO₂, permitindo a conversão sinérgica de etano e CO₂. In situ FTIR elucidou ainda mais o mecanismo de reação em tandem envolvendo desidrogenação de etano e deslocamento reverso de água-gás (RWGS).
Este estudo fornece insights fundamentais para o desenvolvimento de catalisadores econômicos, altamente ativos e estáveis para CO₂-ODHE, enquanto estabelece uma nova estratégia de design de catalisador para direcionar a cisão da ligação C-H do alcano na produção de olefinas e utilização de CO₂.
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