記者昨天從中國科學院金屬研究所獲悉，該所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室催化材料研究部等科研單位，借助在納米金剛石表面上高度彎曲的氧摻雜石墨烯活性結構，在無氧、無水蒸氣保護的低溫條件下實現(xiàn)了乙苯直接脫氫制取苯乙烯，其催化活性約為工業(yè)氧化鐵催化劑的3倍。
此項成果將在乙苯脫氫工業(yè)領域具有良好的應用前景。研究人員首次使用了非金屬材料催化直接脫氫反應，利用先進的原位表征手段在非金屬催化反應機理、活性位結構和反應中間體等關鍵科學問題上取得了重要突破，為非金屬催化方向的深入發(fā)展和乙苯脫氫傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術升級提供了重要參考。
據(jù)介紹，積碳一直是困擾烷烴轉化工業(yè)的關鍵問題。傳統(tǒng)催化劑以金屬及其氧化物為活性組分，反應物烷烴分子在活化的同時也不可避免地形成碳沉積物，最終導致催化劑活性流失。傳統(tǒng)的解決方法是添加堿金屬、稀土金屬氧化物等助劑適當延緩失活過程，或者引入大量水蒸氣進行原位消碳以保護活性中心，迫切需要開發(fā)新一代節(jié)能、清潔、高效的烷烴脫氫催化材料。
沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室催化材料研究部與德國FritzHaber研究所、中科院長春應化所、克羅地亞研究人員合作發(fā)現(xiàn)，納米金剛石表面碳原子在較大的表面曲率作用下發(fā)生部分石墨化，形成了獨特的“金剛石-石墨烯”的核殼納米結構。他們在無水蒸氣保護的直接脫氫反應條件下，對納米金剛石和典型工業(yè)氧化鐵催化劑的活性和穩(wěn)定性進行了考察。結果表明，反應開始5小時后，氧化鐵催化劑上轉化率由20.2%迅速降低至7.1%，而納米金剛石上轉化率則在120小時內(nèi)高于20.5%，苯乙烯選擇性高達97.3%。反應后，氧化鐵上發(fā)生嚴重積碳，而納米金剛石的表面結構則沒有明顯變化。