Ethylene carbonate generated efficiently via ethylene oxide and CO2 on the Li-MgO(1 0 0) surface based on the synergistic activation of bimetals without halogen

催化作用 化学 碳酸乙烯酯 卤素 环加成 氧化物 环氧乙烷 活化能 乙烯 物理化学 无机化学 傅里叶变换红外光谱 化学工程 烷基 有机化学 电解质 聚合物 共聚物 工程类 电极
作者
Yunya Guo,Jingjing Zhang,Na Sun,Lixia Ling,Riguang Zhang,Heqin Guo,Debao Li,Baojun Wang
出处
期刊:Fuel [Elsevier]
卷期号:342: 127823-127823 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2023.127823
摘要

The cycloaddition of ethylene oxide (EO) and CO2 to generate ethylene carbonate (EC) is an atom-efficient process in which halogen-containing catalysts perform admirably. However, the trace halogen frequently remains in EC, making it unsuitable for further use. Exploring a halogen-free catalyst for EC formation is thus an interesting and meaningful work. A gas–solid reaction with magnesium oxide catalyst has been designed and its performance has also been investigated by the density functional theory calculation (DFT). Pure MgO exhibits low activity for the cycloaddition of EO and CO2 due to high activation energy with 278.1 kJ⋅mol−1 to yield EC. A stable Li-MgO catalyst was obtained via ab initio molecular dynamics simulations (AIMD), and various reaction mechanisms were observed. Both Eley-Rideal (E-R) and Langmuir-Hinshelwood (L-H) mechanisms for the EC formation exist. However, the most conductive energy path to generate EC is a one-step route via the E-R mechanism with an activation energy of only 39.8 kJ⋅mol−1. And the selectivity of EC can be increased significantly when the temperature exceeds 673 K. Based on the Bader charge and crystal orbital Hamilton populations (COHP) analysis, the bimetals of Li and Mg serve as the active site in Li-MgO catalyst, which replaces the role of halogen in traditional catalysts to activate EO synergistically for generating EC. Furthermore, the prediction of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) of catalysts can be a valuable reference for the design of green and sustainable catalysts.
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