化工儀器網(wǎng)手機版
移動端訪問更便捷
今日焦點 Today's Focus
查看更多+-
干貨滿滿！“第四屆地質(zhì)與稀土樣品處理及檢測技術(shù)專場線上研討會”邀你報名
2025年5月15日14：00，化工儀器網(wǎng)特舉辦“第四[詳細]
最新產(chǎn)品 Latest productS
查看更多+
上海高研院在甲烷直接轉(zhuǎn)化制備乙酸研究中取得進展
2022年03月04日 14:33:50
來源：上海高等研究院 點擊量：4796
近日，中國科學(xué)院上海高等研究院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點實驗室研究員鐘良樞、孫予罕團隊在國際期刊Chem上發(fā)表研究論文。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】 近日，中國科學(xué)院上海高等研究院低碳轉(zhuǎn)化科學(xué)與工程重點實驗室研究員鐘良樞、孫予罕團隊在國際期刊Chem上發(fā)表研究論文(Chem, 2022, DOI:10.1016/j.chempr.2022.02.001)。該研究通過構(gòu)建ZSM-5負載的二核Fe位點([Fe(III)-(μO)2-Fe(III)-(OH)2])催化劑(Fe-BN/ZSM-5)，成功應(yīng)用于甲烷(CH4)直接轉(zhuǎn)化高選擇性制備乙酸(CH3COOH)。在低至30°C條件下，F(xiàn)e-BN/ZSM-5展現(xiàn)了高達89%的含氧產(chǎn)物選擇性，且含氧產(chǎn)物中的CH3COOH含量高達66%。若不考慮生成的二氧化碳(CO2)，CH3COOH在含氧產(chǎn)物中的選擇性可高達100%。此外，研究人員通過同位素示蹤實驗和理論計算闡明了在二核Fe位點上CH4高選擇性制備CH3COOH的反應(yīng)機理。
作為一類重要的非石油綠碳資源，CH4轉(zhuǎn)化利用具有較大的經(jīng)濟價值。工業(yè)上主要是通過將CH4在高溫下轉(zhuǎn)化為合成氣，繼而在高壓條件下合成CH3OH等下游產(chǎn)品。相比間接法，CH4直接轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品由于具有流程短、能耗低和操作簡便的優(yōu)勢而受到工業(yè)界及學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而，CH4分子具有四面體高度對稱的結(jié)構(gòu)，其較高的C-H鍵能和較差的C-H鍵極化能力等使得CH4直接轉(zhuǎn)化變得十分困難。因此，CH4直接轉(zhuǎn)化被催化界乃至化學(xué)界公認為“圣杯”式反應(yīng)。相比于CH4直接轉(zhuǎn)化制備C1含氧產(chǎn)物(如CH3OH、HCHO和HCOOH)，將CH4直接轉(zhuǎn)化為更高附加值的C2+含氧產(chǎn)物(如CH3COOH等)更具挑戰(zhàn)性。目前文獻報道的負載型貴金屬催化劑如Rh、Pd和Ir等仍難以在獲得較高CH3COOH收率的同時獲得較高的CH3COOH選擇性，且這些金屬昂貴的價格嚴格地限制了其在CH4轉(zhuǎn)化中的進一步應(yīng)用。
該研究工作構(gòu)建了ZSM-5負載的二核Fe位點催化劑(Fe-BN/ZSM-5)，并用于CH4直接轉(zhuǎn)化制備CH3COOH。采用多種先進表征如球差電鏡(AC-HAADF-STEM)、X-射線吸收精細結(jié)構(gòu)(XAFS)、紫外光譜(UV-vis)和拉曼光譜(Raman)，證實了二核Fe位點([Fe(III)-(μO)2-Fe(III)-(OH)2])的結(jié)構(gòu)。Fe-BN/ZSM-5催化劑在近室溫條件下同時展現(xiàn)了超高的含氧產(chǎn)物總選擇性和CH3COOH在含氧產(chǎn)物中的選擇性。在一定條件下，F(xiàn)e-BN/ZSM-5催化劑的CH3COOH生成速率甚至優(yōu)于ZSM-5負載的Rh、Ir和Ru貴金屬催化劑。在30°C下，含氧產(chǎn)物選擇性高達89%，CH3COOH在含氧產(chǎn)物中的選擇性高達66%。若不考慮生成的CO2，CH3COOH在含氧產(chǎn)物中的選擇性可高達100%。
基于同位素示蹤實驗和理論計算等分析，研究人員提出了在二核Fe位點上CH4、H2O2和CO制備CH3COOH的反應(yīng)機理。首先，H2O2在二核Fe位點上得到吸附態(tài)的羥基物種(OH*)，隨后OH*物種可以與CH4反應(yīng)并生成甲基自由基(·CH3)。進一步發(fā)生CO吸附生成吸附態(tài)的CO物種(CO*)，隨后·CH3分別和CO*/OH*偶聯(lián)得到吸附態(tài)的乙?；?CH3CO*)物種和乙酸物種(CH3COOH*)。最后形成CH3COOH并再生二核Fe位點。相比于CH4與OH*經(jīng)過一步直接得到CH3OH而言，·CH3與CO*和OH*直接偶聯(lián)得到CH3COOH在熱力學(xué)和動力學(xué)上都更有利，因此在CH4直接轉(zhuǎn)化中展現(xiàn)出更高的CH3COOH選擇性。
該工作為CH4直接轉(zhuǎn)化制備具有高選擇性的單一產(chǎn)物提供了新思路。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、科技部國家重點研發(fā)計劃、中科院、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人計劃的支持。
相關(guān)閱讀 Related Reading
查看更多+-
中國科學(xué)院紫金山天文臺溴化鈰晶體中標結(jié)果公告
項目名稱：中國科學(xué)院紫金山天文臺溴化鈰晶體采購項目，項目編號：0729-244OIT360845，招標范圍：溴化鈰晶體 1批，招標...2025-01-16 11:28:37 -
產(chǎn)能每年5萬噸！全球單套規(guī)模最大的甲酸鈣生產(chǎn)裝置投產(chǎn)
伴隨著全球單套規(guī)模最大的甲酸鈣生產(chǎn)裝置在山東投產(chǎn)，草酸鈣的生產(chǎn)問題以及工業(yè)CO排放回收再利用難題或許能夠得到解決。2024-12-26 11:54:29 -
濕電子化學(xué)品龍頭興福電子科創(chuàng)板IPO明日上會
據(jù)上海證券交易所公告顯示，濕電子化學(xué)品行業(yè)龍頭湖北興福電子材料股份有限公司（下稱興福電子）擬科創(chuàng)板IPO將于9月27日上會。2024-09-27 09:57:00 -
創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展 智慧開啟未來 IPB中國粉體展即將開展
2023年7月31-8月2日，IPB國際粉體加工/散料輸送展覽會(以下簡稱“IPB中國粉體展”)在上海世博展覽館如期舉行，吸引了3...2023-07-30 22:57:36 -
聚焦學(xué)術(shù)前沿，中國材料大會2022-2023在深圳圓滿閉幕！
“中國材料大會2022-2023”于2023年7月7-10日在深圳市深圳國際會展中心(寶安區(qū))召開，本次會議由中國材料研究學(xué)會發(fā)起...2023-07-10 11:41:00 -
《化學(xué)品安全標簽編寫規(guī)定》等7項強制性國家標準制修訂計劃項目公開征集意見
近日，工業(yè)和信息化部科技司發(fā)布公告，公開征集對《化學(xué)品安全標簽編寫規(guī)定》等7項強制性國家標準制修訂計劃項目的意見。2022-09-27 09:21:35
版權(quán)與免責聲明
- ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責任。
- ②本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權(quán)行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權(quán)等法律責任。
- ③如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
