Redox-Activated Supersaturation of Ceria Solid Solution as a Dynamic Catalyst Enabling Low-Temperature Ethylbenzene Oxidative Dehydrogenation

催化作用 脱氢 乙苯 氧化还原 无机化学 化学 过渡金属 多相催化 氧气储存 氧气 化学工程 固溶体 材料科学 光化学 有机化学 工程类
作者
Juping Zhang,Wenpei Gao,Kunran Yang,Junchen Liu,Yanping Zheng,Kun Yang,Chao Zhang,Kongzhai Li,Kun Zhao,Hua Wang,Yunfei Gao,Xing Zhu
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:: 956-966
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c05793
摘要

Dynamic structural changes in the reactive environment often lead to catalyst deactivation in the thermal-catalysis field. Taking advantage of the dynamic changes in bulk phases, interfaces, and surface structures to design highly active catalysts is a unique but important strategy. Herein, we report a supersaturated ceria solid solution catalyst enabling a styrene yield of 91.8% over extended redox cycles at 430 °C in the redox oxidative dehydrogenation (ODH) of ethylbenzene. In-situ characterizations reveal that the oxygen anions (O2–) and transition-metal cations (Fe and Mn) reversibly shuttle through a ceria solid solution (bulk ↔ surface) in a K–Ce0.47Fe0.2Mn0.33O2−δ catalyst during the redox ODH process. The ceria solid solution acts as a dynamic transition-metal cations/oxygen reservoir, creating atomic interfaces of K–Fe–O/K–Mn–O and an oxygen gateway for efficient ethylbenzene ODH. The findings concerning the formation of a supersaturated ceria solid solution and cations, lattice oxygen migration, and the coupling between oxygen donation and catalytic reactions offer new strategies for designing high-performance dynamic catalysts.
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