Investigation on the catalytic activity and Na tolerance performance of rare earth element decorated ZSM-5 zeolite: a first-principle study

催化作用 沸石 材料科学 热液循环 离子 ZSM-5型 兴奋剂 吸附 密度泛函理论 Atom(片上系统) 无机化学 化学工程 物理化学 化学 计算化学 有机化学 工程类 光电子学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Deqiao Li,Longgang Li,Xianfei Chen,Junfeng Li,Peicong Zhang,Yi Huang,Beibei Xiao
出处
期刊:Ferroelectrics [Taylor & Francis]
卷期号:596 (1): 203-213
标识
DOI:10.1080/00150193.2022.2087261
摘要

As an important industrial catalytic material, ZSM-5 zeolites are still facing durability issues. The long-time exposure among high temperature steam during the catalytic reaction becomes the main drawback for ZSM-5 zeolite application in industry. In this study, we investigate the effects of rare-earth-ions (La, Ce, Nd, Sm, Gd, and Dy) doping on the catalytic activity and hydrothermal stability of ZSM-5 zeolites based on density functional theory. The results demonstrate that the introduced rare-earth-ions prefer to adsorb on the top of Al atom (T12 site). The Milliken charge transfer and electron density difference confirm the strong electrostatic interactions between the ZSM-5 zeolites and rare-earth-ions. The activation reaction of butene is investigated to estimate the catalytic activity of rare-earth-ion doped ZSM-5. The results demonstrate that La and Sm doped ZSM-5 zeolites exhibit superior performance on butene activation. In addition, rare-earth-ions decoration show enhanced sodium tolerance performance with decreased affinity toward Na during the catalytic process. This study demonstrated that the modification of rare-earth-ions can effectively improve the hydrothermal stability and catalytic activity of ZSM-5 zeolites.
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