丁二烯是石化行业最重要的轻质烯烃之一,全球产能为每年1800万吨,目前通过石脑油蒸汽裂化过程中的C4馏分萃取蒸馏或C4烃脱氢来生产。其中能源消耗量大,CO2排放量大。

强配位相互作用被认为有利于促进乙醇脱氢

不断增长的市场需求引起了人们对这些原料的专门生产的极大兴趣。因此,使用任何可持续原料直接生产丁二烯的替代路线是可取且具有前景的。

乙醇作为碳中性资源,原则上可以通过形成CC键来可持续地生产丁二烯。传统的催化体系分为两类:第4族和第5族过渡金属以及MgO-SiO2。

在已报道的催化剂中,Zn-Y/Beta因其对丁二烯良好的选择性(>60%)而特别值得注意。尽管人们在这个方向上付出了巨大的努力,但在温和的反应条件下从乙醇稳定生产丁二烯仍然是一个尚未解决的挑战,通常会导致快速失活。丁二烯形成的另一个困难是脱水反应常常与路易斯酸性催化剂上的脱氢反应竞争。

大连理工大学陆安辉教授领导的研究小组报道了第一个钴掺杂磷酸钇(Co-YPO4)催化剂,用于优先活化乙醇形成乙醛并随后进行CC偶联和脱水至丁二烯。该催化剂在350°C下对丁二烯的选择性为68.5%,乙醇转化率为78.2%,因此总烯烃(丁二烯和乙烯)的产率接近61%。该工作发表在《催化学报》上。

结合各种原位表征,Co2+位点与YPO4上的磷酸基团之间的强配位相互作用已被确定有利于改善乙醇脱氢性能。

YPO4表面暴露出Y3+位点,可以有效催化CC偶联反应。通过将Co和Y物质组合在一种催化剂(即Co-YPO4)中,可以实现双功能位点的协同效应。