可控制二氧化碳與乙烷反應之觸媒,藉以生成合成氣體或乙烯

 

刊登日期:2022/5/3
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當二氧化碳與乙烷(C2H6)反應時,由於反應路徑的不同,會產生如合成氣體(氫氣與一氧化碳為主成分)或乙烯(C2H4)等不同的化合物。利用溫室氣體的二氧化碳與天然氣中所含碳氫化合物的乙烷,可望將其轉換成發電或液體燃料製造所使用的合成氣體,或是塗料、塑膠的原料乙烯。然而,一旦生成物變成合成氣體與乙烯的混合物,分離目標化合物即須耗費大量時間與成本,因此為了有效利用生成物,需要對任一反應路徑予以選擇性誘導。

有鑑於此,美國Brookhaven National Laboratory(BNL)與哥倫比亞大學、紐約州立大學賓漢頓分校所組成的研究團隊針對二氧化碳與乙烷轉化為合成氣體與乙烯的反應,從理論與實驗兩方面對於選擇反應路徑之際觸媒的重要特徵進行了研究,並特定出重要的觸媒原理。

研究團隊利用與鈀(Pd)不同之金屬組成的雙金屬觸媒(PdMx)就二氧化碳與乙烷反應,基於速度論解析、原位(in situ)特性評估、密度泛函理論(Density Functional Theory)等方法進行了計算。研究結果特定出決定反應路徑之2種PdMx觸媒的結構。例如鈀與鈷2種金屬強烈結合形成合金時,觸媒很容易破壞C–C鍵並誘導合成氣體的形成。另一方面,例如鈀與銦此類結合力較弱的組合,由於觸媒對氧的親和力強於合金的形成能量,因此在觸媒表面形成氧化膜,而此構造適用於C–H鍵的切斷,反應傾向於乙烯生成。

此觸媒的2種構造係由2項概括性描述子(Descriptor)的相互作用所形成,包括顯示2種金屬鍵合強度之雙金屬觸媒的形成能,以及反應過程中從二氧化碳釋出的氧與觸媒的結合能。由此可推論此項方法不僅可以應用於特定的觸媒反應,並可應用於其他雙金屬觸媒。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/220331_co2-and-ethane.html
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