Regulating the C–H Bond Activation Pathway over ZrO2 via Doping Engineering for Propane Dehydrogenation

脱氢 丙烯 催化作用 丙烷 化学 氧化物 烷烃 键裂 光化学 反应性(心理学) 反应机理 金属 有机化学 医学 病理 替代医学
作者
Yuchen Zhang,Yichen Yu,Yi Dai,Yaoyuan Zhang,Qi Liu,Xiong Dong,Lixia Bao,Qin Wu,Daxin Shi,Kangcheng Chen,Yuming Li,Guiyuan Jiang,Evgenii V. Kondratenko,Hansheng Li
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (10): 6893-6904 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c01002
摘要

The efficient activation of the C–H bond in light alkanes and their catalyst design are significant for alkane-related catalytic processes in view of theoretical and practical aspects. Here, we report the C–H bond activation mechanism and structure–reactivity relationships of Ga-doped ZrO2 catalysts in propane dehydrogenation. Experimental and theoretical calculation results suggest that the introduction of Ga into the framework of ZrO2 alters the C–H bond activation pathway from a stepwise mechanism to a concerted mechanism involving simultaneous cleavage of two C–H bonds in propane, leading to a superior C–H bond activation ability and a lower reaction barrier than state-of-the-art metal oxide catalysts. In addition, a volcano-type dependence of the rate of propene formation on the Ga/Zr ratio is established due to a compromise of intrinsic activity and active site concentration. The strategy of metal incorporation into bulk metal oxide may provide an alternative solution to control the C–H bond activation pathway for efficient propene production.

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