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祝贺张欣欣(2019级硕士研究生)在Catalysis Science & Technology期刊发表封面论文!
发布时间:2022-04-20

论文链接:https://doi.org/10.1039/d1cy02185k

       近日,2019级硕士研究生张欣欣同学在钙钛矿基催化剂催化丙烯气相环氧化的研究取得新进展,相关研究成果以“Activation of molecular oxygen over Mn-doped La2CuO4 perovskite for direct epoxidation of propylene”为题在线发表于《Catalysis Science & Technology》期刊(中科院分区二区,IF=6.119),并被选为期刊封面。

环氧丙烷(PO)是一种高附加值的化学品,工业上主要采用氯醇法和共氧化法进行生产,对环境污染严重。氧气直接氧化法(DEP)具有原子经济、环境友好、作业安全等优势,被认为是最理想的丙烯环氧化路线。但在该反应体系中,高效催化剂的开发是技术难点。目前,Cu基催化剂被认为是最有前途的DEP催化剂之一,然而活性相易被氧化、易团聚、改性助剂流失等诸多问题仍严重制约着其产业化应用。

钙钛矿(ABO3)是一类结构稳定、电子迁移灵活的新型无机非金属材料,其表面独特的氧化还原性、吸附性、酸碱性使之具有良好的催化性能。当钙钛矿B位被其它价态的离子取代时,为保持电中性,钙钛矿上会形成阴离子缺陷或改变B位阳离子的氧化态,进而能有效改善调控表面吸附氧物种性质。基于此,本研究通过金属掺杂策略,用金属Mn对La2CuO4钙钛矿材料进行掺杂改性,以改善Cu的分散性和稳定性,调整其电子结构,控制催化剂表面氧物种的碱性,提高DEP催化性能。

结果表明,Mn掺杂抑制了CuOx颗粒在反应气氛中发生团聚,提高了催化剂的稳定性。同时,Cu和Mn之间存在的协同作用增加了Cu周围电子密度,使Cu+比例增加,降低了Cu-O键的共价性,La2CuO4样品表面氧空位形成能增加。DOS计算表明Mn的掺杂使La2CuO4的d带中心向费米能级靠近,提高了La2CuO4样品对氧气的活化能力。LaMn0.5Cu0.5O3样品在150 oC时表现最佳,PO选择性为74.2%,此时PO生成速率为0.239 mol kg-1cat h-1。结合DFT计算,提出了在LaMn0.5Cu0.5O3样品表面的DEP反应机理,为丙烯环氧化催化剂的设计开发从电子结构角度提供一种思路。

该研究工作得到了福建省自然科学基金项目(No.2021J01022)资助,相关表征工作在厦门大学完成的。