江南大學(xué)的甲烷無氧芳構(gòu)化活性中心研究獲進(jìn)展

近日，江南大學(xué)研究團(tuán)隊在揭示甲烷無氧催化轉(zhuǎn)化制芳烴的新活性中心研究中取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表于《催化》雜志。

甲烷(CH4)是一種重要的低碳資源，是天然氣、煤層氣、頁巖氣和可燃冰中的主要成分。CH4具有強(qiáng)溫室效應(yīng)，因此將其高效催化轉(zhuǎn)化為高附價值的化學(xué)品和環(huán)境友好的綠色氫源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。CH4無氧脫氫芳構(gòu)化生成芳烴和氫氣是原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)上述過程的有效途徑。CH4作為一種高度穩(wěn)定、最簡單的烴分子，在高溫下實(shí)現(xiàn)其分子中C—H鍵的可控活化轉(zhuǎn)化仍極具挑戰(zhàn)。

一直以來，CH4無氧芳構(gòu)化反應(yīng)主要圍繞著鉬基分子篩催化劑開展研究，其他過渡金屬如鐵等作為活性組分具有較低的活性和芳烴選擇性。該研究團(tuán)隊基于對CH4分子中C—H鍵可控活化機(jī)制研究，通過調(diào)控Fe物種在HZSM-5分子篩中的存在形式，實(shí)現(xiàn)了CH4分子的可控活化，且高效轉(zhuǎn)化生成芳烴。

試驗(yàn)和表征結(jié)果表明：Fe-oxo活性物種(含氧鐵物種)對實(shí)現(xiàn)C—H鍵的可控活化起關(guān)鍵作用。金屬鐵或碳化鐵物種能使CH4分子深度脫氫，生成積炭，減少目標(biāo)產(chǎn)物芳烴的生成。該研究使用含硫的二價鐵前軀體(FeSO4)經(jīng)離子交換形成活性中心，殘存的硫并沒有因其促進(jìn)C—H鍵活化而影響目標(biāo)產(chǎn)物芳烴的生成。