Le styrène, le produit chimique utilisé pour fabriquer les polymères et les résines utilisés dans le plastique, les contenants jetables, le latex, le caoutchouc synthétique, l'isolation et plus encore, est omniprésent dans la vie quotidienne.

Compte tenu de sa prévalence et de son importance, une méthode de production peu coûteuse, économe en énergie et durable sur le plan environnemental est essentielle. La méthode traditionnelle - et actuellement la plus courante - de production par déshydrogénation de l'éthylbenzène présente cependant des inconvénients dans ces domaines :elle nécessite un excès de vapeur surchauffée ou entraîne un manque de contrôle précis de l'uniformité de la structure des catalyseurs.

Aujourd'hui, une équipe de chercheurs dirigée par Hongyang Liu de l'Institut de recherche sur les métaux de l'Académie chinoise des sciences a mis au point une méthode de déshydrogénation de l'éthylbenzène dans des conditions sans oxygène avec des catalyseurs en grappes de platine (Pt) entièrement exposés qui se traduisent par des traits positifs de haute activité, sélectivité et stabilité, ainsi que des coûts énergétiques et financiers moindres. Les résultats seront publiés le 10 juillet dans Nano Research .

« Nous avons préparé des catalyseurs en cluster Pt entièrement exposés en exploitant les défauts de carbone à la surface du support de graphène et la ségrégation physique de l'étain (Sn) dispersé de manière atomique », a déclaré Liu, qui est également nommé à l'Université des sciences et technologies de Chine. . "Les amas de Pt entièrement exposés peuvent favoriser la désorption du produit cible, le styrène, ce qui lui confère une activité de déshydrogénation et une stabilité supérieures à celles des catalyseurs à base de nanoparticules de Pt."

En revanche, une méthode précédente courante de déshydrogénation de l'éthylbenzène avait lieu sur des catalyseurs à base d'oxyde de fer, nécessitait des températures élevées entraînant un dépôt de carbone et nécessitait un excès de vapeur surchauffée. Pour surmonter cela, les chercheurs ont utilisé des catalyseurs à atome unique (SAC) et des catalyseurs en grappe entièrement exposés (FECCS).

"Les SAC et les FECC offrent une large gamme de dispersion atomique et une pleine efficacité d'utilisation des métaux, ce qui peut fournir une activité améliorée et a suscité beaucoup d'intérêt", a déclaré Liu. "En particulier, les sites actifs des FECC contiennent généralement diverses combinaisons d'atomes métalliques multiples et conviennent à la catalyse de réactifs nécessitant des sites métalliques d'ensemble."

Cependant, les SAC et les FECC ont leurs propres limites, notamment un contrôle imprécis de l'uniformité de la structure des FECC et l'agrégation d'atomes métalliques en amas ou nanoparticules métalliques causée par leur énergie de surface élevée et leur instabilité thermodynamique lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées.

Alors que d'autres chercheurs ont cherché à concevoir des FECC à haute activité et haute stabilité adaptés aux réactions à haute température telles que la déshydrogénation de l'éthylbenzène, comme l'a fait cette équipe de chercheurs, des études antérieures utilisaient des oxydes de métaux non précieux ou des matériaux carbonés pour les catalyseurs, qui nécessitent une énergie élevée. et la consommation d'eau et entraînent une faible activité. La consommation d'énergie peut être résolue par l'oxydation du procédé, mais cela entraîne une faible sélectivité et des risques avec les mélanges inflammables.

"Dans nos recherches, nous avons utilisé des catalyseurs en grappes de Pt entièrement exposés et décorés de nanodiamants / graphènes décorés de Sn dispersés atomiquement pour la déshydrogénation de l'éthylbenzène dans des conditions sans oxygène, qui présentaient une activité, une sélectivité et une stabilité élevées par rapport aux catalyseurs précédents, ouvrant une nouvelle voie pour la conception stable catalyseurs métalliques dispersés atomiquement », a déclaré Liu. "Nous avons obtenu de bonnes performances catalytiques dans la déshydrogénation des alcanes."

Une autre partie de l'attrait de cette méthode, selon les chercheurs, est sa capacité à s'adapter à d'autres types de catalyseurs.

"Les catalyseurs au ruthénium, au rhodium et à l'iridium ont été préparés par la même méthode de préparation, et tous ont montré de bonnes performances catalytiques dans la déshydrogénation directe de l'éthylbenzène, indiquant que la méthode de conception de catalyseur efficace proposée dans cet article est universelle", a déclaré Liu. "La méthode de conception de catalyseur fournit une nouvelle idée pour concevoir des catalyseurs efficaces de déshydrogénation d'alcanes métalliques dispersés atomiquement."

Les chercheurs affirment qu'ils continueront à développer les méthodes de conception et les applications des catalyseurs métalliques à dispersion atomique dans cette recherche, y compris les multi-métaux, les réactions diverses, les applications pratiques, etc. + Explorer plus loin

Catalyseur Ir/MoC à dispersion atomique à haute charge pour la réaction d'hydrogénation