Subsurface nickel boosts the low-temperature performance of a boron oxide overlayer in propane oxidative dehydrogenation

脱氢 覆盖层 丙烯 催化作用 丙烷 选择性 氧化物 材料科学 光化学 无机化学 氮化硼 化学 化学工程 纳米技术 冶金 有机化学 物理化学 工程类
作者
Xiaofeng Gao,Ling Zhu,Feng Yang,Lei Zhang,Wenhao Xu,Xian Zhou,Yongkang Huang,Houhong Song,Lili Lin,Xiaodong Wen,Ding Ma,Siyu Yao
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:46
标识
DOI:10.1038/s41467-023-37261-x
摘要

Oxidative dehydrogenation of propane is a promising technology for the preparation of propene. Boron-based nonmetal catalysts exhibit remarkable selectivity toward propene and limit the generation of COx byproducts due to unique radical-mediated C-H activation. However, due to the high barrier of O-H bond cleavage in the presence of O2, the radical initialization of the B-based materials requires a high temperature to proceed, which decreases the thermodynamic advantages of the oxidative dehydrogenation reaction. Here, we report that the boron oxide overlayer formed in situ over metallic Ni nanoparticles exhibits extraordinarily low-temperature activity and selectivity for the ODHP reaction. With the assistance of subsurface Ni, the surface specific activity of the BOx overlayer reaches 93 times higher than that of bare boron nitride. A mechanistic study reveals that the strong affinity of the subsurface Ni to the oxygen atoms reduces the barrier of radical initiation and thereby balances the rates of the BO-H cleavage and the regeneration of boron hydroxyl groups, accounting for the excellent low-temperature performance of Ni@BOx/BN catalysts.
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