Les catalyseurs à base de platine ont été largement utilisés dans les procédés de déshydrogénation catalytique du propane (PDH), jouant un rôle crucial dans la production de propylène. Cependant, les catalyseurs monométalliques au platine présentent souvent une sélectivité en propylène inférieure en raison de l'hydrogénolyse, de la désactivation rapide des dépôts de coke et du frittage des nanoparticules. Pour relever ces défis, divers métaux (Sn, Zn, Ga, Co, etc.) ont été introduits pour améliorer la sélectivité et la stabilité des catalyseurs à base de platine.
En règle générale, la formation d’alliages métalliques, responsables de la modulation de la structure géométrique et électronique du platine, est considérée comme le principal facteur contribuant à l’amélioration des performances. Néanmoins, cette modification tend à supprimer la capacité du Pt à activer les liaisons C-H, un aspect critique dans les réactions de déshydrogénation.
L'activation de liaisons C-H fortes au sein des molécules d'alcane nécessite un apport d'énergie important, ce qui entraîne des barrières relativement élevées pour le processus de déshydrogénation. Pour améliorer encore l'efficacité catalytique des catalyseurs à base de platine dans le PDH, une conception plus complexe de centres actifs avec une capacité robuste à activer le propane et une sélectivité élevée pour le propylène reste un effort nécessaire.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Yong Wang de l'Université du Zhejiang, en Chine, a signalé une voie interfaciale remarquablement efficace pour une scission facile des liaisons C-H au niveau du Pt-GaOx interface en induisant des sites O par perturbation électronique de Pt. Ga2 O3 les espèces sur Pt (111) agissent comme un pont, permettant une déshydrogénation facile.
Ce processus implique l'ionisation de la molécule de propane en un proton et un léger déplacement alkyle, suivi d'un débordement lisse de H à haute température. Il est important de noter que ce mécanisme diffère significativement du mécanisme radicalaire observé sur les surfaces de platine monométalliques et/ou alliées.
Les résultats ont été publiés dans le Chinese Journal of Catalysis .
Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité révèlent que les sites oxygène de Ga2 O3 les espèces à la surface du Pt présentent des états O 2p plus élevés et une densité considérable d'états autour du niveau de Fermi en raison de la perturbation électronique du Pt sous-jacent.
Par conséquent, ces sites présentent une affinité prononcée pour H et une barrière énergétique exceptionnellement faible (moins de 0, 30 eV) pour la dissociation C-H. De plus, le composant oxyde de Ga contribue également à la modification de la structure géométrique des nanoparticules de Pt. Cette modification entraîne une réduction de la taille de l'ensemble, favorisant la production sélective de propylène.
Le Pt/Ga-Al2 conçu O3 les catalyseurs démontrent leurs performances supérieures dans la réaction PDH par rapport au benchmark PtSn/Al2 O3 catalyseurs.
Plus d'informations : Zhe Wang et al, Voie interfaciale favorisée par les perturbations électroniques pour une dissociation facile C–H, Chinese Journal of Catalysis (2024). DOI :10.1016/S1872-2067(23)64575-9
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
