【中國科學報】學者利用載氧體構(gòu)建新策略實現(xiàn)甲烷高效制烯烴（2012.12.20）
文章來源：中國科學報 朱漢斌 | 發(fā)布時間：2023-12-22 | 【打印】 【關(guān)閉】
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化學鏈甲烷氧化偶聯(lián)反應機理解析。受訪者供圖
甲烷氧化偶聯(lián)（OCM）技術(shù)可在自熱條件下通過一步反應將甲烷轉(zhuǎn)化為高附加值烯烴或烷烴（C2+），是催化中的“圣杯反應”。但經(jīng)過近40年的研究，常見的OCM催化劑Li/MgO和Na/Mn/W/SiO2等始終無法解決反應過程中C2+單程收率較低（<30%）、反應溫度較高（>800 C）及甲烷反應氣分壓較低（<1 atm）等難題。
該工作通過化學鏈循環(huán)的方式，構(gòu)建了系列碳酸鋰負載的復合稀土金屬氧化物作為載氧體催化劑，有效抑制氧氣直接作為氧化劑導致的甲烷過度氧化反應，進而實現(xiàn)甲烷氧化偶聯(lián)高效制備C2+。通過原位表征手段與量子化學計算，發(fā)現(xiàn)復合稀土氧化物中的Pr4+可誘導催化劑表面產(chǎn)生過氧化物活性中間體并演變成活性羥基自由基，實現(xiàn)高效C-H鍵活化和C-C鍵偶聯(lián)。
化學鏈甲烷氧化偶聯(lián)反應性能。受訪者供圖
該研究建立了Li2CO3負載的復合稀土金屬氧化物中Pr的氧化態(tài)與C2+收率之間的普遍相關(guān)性，為甲烷氧化偶聯(lián)反應中的氧化還原催化劑構(gòu)建提供了理性設(shè)計思路。在此基礎(chǔ)上，原料氣還可以拓展至生物沼氣、垃圾填埋氣、煤層氣等資源的高值化利用。
C2+收率與 Pr 氧化態(tài)的相關(guān)性。受訪者供圖
相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-023-43682-5
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