Role of active oxygen species in Fe-doped ZrO2 catalyst during CO2 assisted ethane dehydrogenation reaction

脱氢 化学 催化作用 氧气 焦炭 无机化学 烷烃 光化学 有机化学
作者
Yingbin Zheng,Xinbao Zhang,Junjie Li,Jie An,Xiangxue Zhu,Xiujie Li
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:428: 115130-115130 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2023.115130
摘要

CO2 assisted ethane dehydrogenation provides a promising route for the utilization of shale gas and greenhouse gas. This study investigates the role and evolution of active oxygen species over Fe-doped ZrO2 catalysts in distinct dehydrogenation reactions via Mars-van Krevelen mechanism. Fe doping led to an increase in active oxygen species (from 12.9% to 23.4%) benefitted from the phase transformation of ZrO2. This enhancement significantly boosted ethane dehydrogenation activity from 5.0 to 16.1 mmolEthene/gCat/h. In the absence of CO2, the ethane conversions rapidly decreased with a deactivation rate constant (kd) of 0.930 h−1 due to the irreversible oxygen species loss and coke deposition. Although the catalytic stability of the optimal catalyst was greatly improved (kd = 0.006 h−1) after CO2 introduction, a decrease in ethane conversion occurred when CO2 could not supplement oxygen species due to the formation of coke layers. A simple O2 oxidation can effectively restore stable activity during 5 reaction-regeneration cycles for 3600 mins.
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