铂基催化剂丙烷脱氢反应中积碳生成机理的计算化学研究

基本信息
批准号:21506149
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:赵志坚
学科分类:
依托单位:天津大学
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:田昊,蒋锋,廖凯,伍腾芳,刘刚
关键词:
积碳密度泛函理论丙烷脱氢铂基催化剂
结项摘要

Coke formation is one of the key factors which leads to catalyst deactivation. The research of coke formation mechanism over catalyst surfaces could help to improve current industry catalysts, as well as design new types of catalysts. Traditionally, experimental based researches are hard to identify the structure of active sites as well as the catalytic reaction mechanism at molecular level. In this project, we will study the dehydrogenation and coke formation activity over different types of catalytic sites (e.g., Pure Pt, Pt alloy and support etc.), by employing a model reaction: propene formation from propane dehydrogenation. A multidimensional calculation plan will be applied at three different levels: molecular level; micro level; mathematic model. In order to build a reasonable catalyst model, the global minimum of alloy and alloy / support interface will be optimized with genetic algorithm. Afterwards, the thermodynamic and kinetic information of elementary steps on the optimized model catalysts will be calculated using density functional theory, and a micro-kinetic model will be built to analyze the selectivity of various products and identify the rate-determining step. We will come up with a mathematical model by adopting the scaling relationship based on the dominant reaction mechanism. All these information obtained at different theory levels will help to uncover the general rules of coke formation, dehydrogenation selectivity and activity over Pt based catalysts. The successful execution of this project will provide deep understanding of dehydrogenation and coke formation mechanisms and offer new theoretical guideline and foundation for catalyst design and improvement.

积碳是导致催化剂失活的重要因素之一。通过研究积碳在催化剂表面的生成机理,能够从理论上指导现有工业催化剂的改良及新型抗积碳催化剂的设计。传统的以实验为基础的研究方法,难以在分子层面上确定活性位点的结构,解释相应的催化反应机理。本课题采取“分子尺度-微观尺度-数学模型”的跨尺度模拟研究方案,以丙烷脱氢制乙烯为模型反应,研究铂合金、助催化剂及载体对脱氢活性和积碳生成的影响。通过遗传算法确定合金催化剂及掺杂氧化物载体的最稳定结构,建立合理催化剂模型。通过密度泛函理论及微观动力学模拟,得到不同反应条件下产物的选择性,确定反应机理及速控步。结合吸附能-活化能等线性比例关系建立相应的动力学数学模型,实现该类催化剂催化效果的快速预测。通过综合分析不同体系的研究结果,提出影响铂基催化剂活性、选择性的一般规律。本项研究能够加深人们对脱氢反应及积碳生成的了解,为脱氢催化剂的快速设计和优化提出理论指导依据。

项目摘要

Pt基催化剂具有较高的活化C-H键的能力,但是由于其断C-C键的能力较强。使得其在催化丙烷脱氢的过程中会产生甲烷、乙烷、积碳等副产物。因此合成具有优良活性和选择性的丙烷脱氢催化剂是人们研究的热点。本课题组使用计算化学的方法指导改性Pt基催化剂的合成。通过引入第二种金属形成合金的方式来调节Pt的电子结构以提高Pt系催化剂的丙烯选择性。我们也发现Pt单原子合金能够打破脱氢过程中限制铂基二元合金催化性能的线性关系,在保持本征脱氢活性的同时,极大提高产物丙烯的选择性。此外,由于Pt的价格高昂。为了减少Pt的用量,我们也设计合成了氧化锌和氧化钒催化剂。深入研究了其构效关系,指导催化剂的合理设计。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
2

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
3

中国参与全球价值链的环境效应分析

中国参与全球价值链的环境效应分析

DOI:10.12062/cpre.20181019
发表时间:2019
4

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

DOI:10.5846/stxb201912262800
发表时间:2020
5

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

双吸离心泵压力脉动特性数值模拟及试验研究

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2020.19.016
发表时间:2020

赵志坚的其他基金

批准号:21676181
批准年份:2016
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:30960216
批准年份:2009
资助金额:27.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

铂基双金属纳米催化剂用于二氧化碳氧化丙烷脱氢反应研究

批准号:21902019
批准年份:2019
负责人:张光辉
学科分类:B0202
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

低碳烷烃脱氢锡基催化剂的活性位识别及反应机理研究

批准号:21606257
批准年份:2016
负责人:王国玮
学科分类:B0815
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
3

铂基双金属纳米材料的制备及其在丙烷脱氢制备丙烯中的应用研究

批准号:21673150
批准年份:2016
负责人:张桥
学科分类:B0202
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
4

丙烷氧化脱氢制丙烯高效催化剂及反应过程研究

批准号:21076056
批准年份:2010
负责人:任铁真
学科分类:B0803
资助金额:35.00
项目类别:面上项目