Interplay of On- and Off-Surface Processes in the B2O3-Catalyzed Oxidative Dehydrogenation of Propane: A DFT Study

脱氢 丙烷 催化作用 激进的 光化学 烯烃纤维 选择性 烷烃 化学 密度泛函理论 多相催化 计算化学 有机化学
作者
Ziyi Liu,Wen‐Duo Lu,Dongqi Wang,An‐Hui Lu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:125 (45): 24930-24944 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.1c07690
摘要

Metal-free boron-based catalytic systems are growing to be promising choices in the oxidative dehydrogenation (ODH) of light alkanes to olefins. However, the ambiguity in the understanding of the mechanism has impeded the improvement of novel catalytic systems. Herein, by using density functional theory (DFT), we mapped a complex reaction network for the B2O3-catalyzed ODH of propane, which displayed a typical feature of interplay between the on-surface and off-surface channels through the whole reaction from the initiation stage to the termination stage. The results showed that the interplay between the channels in the two regimes was necessary in two aspects: On one hand, to guarantee high selectivity for olefin products, the gaseous channels need the intervention of the surface sites to eliminate the oxygenated intermediates, for example, alkoxyl radicals, that would otherwise evolve into deep oxidation products. On the other hand, to maintain the high conversion of propane, the catalyst surface needs gaseous radicals to regenerate reactive >BO· species. The mechanism also well explained the catalytic role of trace water and addressed the surface dynamical restructuring, thus constituting a plausible comprehensive understanding of the ODH of propane catalyzed by an oxygenated boron system.
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