ACS Catal.：Co表面氧化对丙烷氧化脱氢反应的影响：从头算多尺度动力学研究

丙烷脱氢是一种日益广泛使用的丙烯生产方法。该反应为基于石油资源的传统工艺提供了一种替代方法。

近日，斯洛文尼亚国家化学研究所Blaž Likozar和Matej Huš（共同通讯作者）等人报道了他们从理论上研究了氧化铬（Cr₂O₃）如何在氧化和还原环境中催化该反应。在文中，作者使用多尺度建模来研究氧化和还原催化剂及其性能之间的差异。

作者采用密度泛函理论（DFT）计算了丙烷在α-Cr₂O₃(0001)氧化和还原表面上的C-C裂解、副产物（丙炔、乙烷、乙烯、乙炔和甲烷）生成和催化剂结焦的全部反应过程，并进行了Hubbard校正。

描述吸附、脱附和表面反应的参数用于动力学蒙特卡罗模拟，该模拟采用了工业相关条件（700-900 K，压力高达2 bar，以及各种氧化剂：N₂O、O₂和无氧化剂）。

作者观察到在还原表面上，丙烯和氢气以高选择性形成。当使用氧化剂时，表面被氧化，改变了反应机理和动力学。在更快的反应过程中，H₂O在Mars-van Krevelen循环中形成副产物。此外，还会形成CO₂，表示浪费并对选择性产生不利影响。

实验结果表明，氧化表面活性更高，更容易生成CO₂，而还原表面活性较低，对丙烯的选择性较高。此外，作者还研究了所用氧化剂的影响，表明N₂O比O₂更适合，因为它具有更高的选择性和更少的催化剂结焦。

作者发现存在一个最佳的表面氧化程度，其中丙烯的产率最大。在反应过程中形成的焦炭可以与CO₂、O₂一起燃烧掉。

Effect of Surface Oxidation on Oxidative Propane Dehydrogenation over Chromia: An Ab Initio Multiscale Kinetic Study. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c01814.

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01814.

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ACS Catal.：Co表面氧化对丙烷氧化脱氢反应的影响：从头算多尺度动力学研究

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