Sitios sinérgicos sobre el catalizador ZnxZrO para la escisión dirigida de los enlaces C-H del etano en tándem con la activación del CO2
El etileno, una de las olefinas ligeras más importantes, es una materia prima fundamental para la fabricación de diversos productos químicos de alto valor añadido. La producción industrial de etileno se basa principalmente en el craqueo al vapor de etano y nafta, que presenta varios inconvenientes, como el consumo excesivo de energía, las importantes emisiones de carbono y la grave deposición de coque.
La reacción en tándem se logró por el efecto sinérgico de los sitios Zn-O-Zr y las vacantes de oxígeno, el enlace C-H del etano se recortó selectivamente sobre los sitios Zn-O-Zr y los enlaces C=O del CO2 se activaron sobre las vacantes de oxígeno.
Chinese Journal of Catalysis
La deshidrogenación oxidativa del etano asistida por CO₂ (CO₂-ODHE) representa un proceso respetuoso con el medio ambiente que permite aprovechar los recursos del etano con el gas de efecto invernadero CO₂. Esta tecnología demuestra un potencial significativo para avanzar en las iniciativas de neutralidad de carbono y establecer sistemas de producción química sostenibles. Los sistemas catalizadores actuales presentan limitaciones inherentes derivadas de la relación entre actividad y selectividad y de una estabilidad insuficiente. El diseño de catalizadores capaces de lograr simultáneamente la escisión selectiva del enlace C-H del etano y la activación eficiente del CO₂ representa un reto clave en la CO₂-ODHE.
El catalizador ZnxZrO desarrollado en este estudio muestra efectos sinérgicos en la activación simultánea de los enlaces C-H y C=O. Se emplearon técnicas de caracterización exhaustivas para sondear los estados químicos superficiales del ZnxZrO durante la CO₂-ODHE, identificando distintas funciones de los sitios activos. Los sitios Zn-O-Zr escinden selectivamente los enlaces C-H del etano, mientras que las vacantes de oxígeno activan eficazmente los enlaces C=O del CO₂, permitiendo la conversión sinérgica del etano y el CO₂. In situ el mecanismo de reacción en tándem que implica la deshidrogenación del etano y el desplazamiento inverso de agua-gas (RWGS).
Este estudio proporciona información fundamental para el desarrollo de catalizadores rentables, altamente activos y estables para CO₂-ODHE, al tiempo que establece una nueva estrategia de diseño de catalizadores para la escisión del enlace C-H del alcano en la producción de olefinas y la utilización de CO₂.
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