Zwei bemerkenswerte Metalloxidstrukturen, Oxide vom Spinelltyp und Oxide vom Mischkristalltyp, werden weithin in bifunktionellen Oxid-Zeolith (OXZEO)-Katalysatoren für CO/CO2-Hydrierungsreaktionen verwendet.
Die Identifizierung der kristallographischen Strukturempfindlichkeit von Katalysatoren in chemischen Reaktionen ist hilfreich für das rationale Design von Katalysatoren. Eine direkte und überzeugende Studie zur Korrelation der Kristallstruktur von Oxid mit seiner katalytischen Leistung muss jedoch noch durchgeführt werden.
Kürzlich hat ein gemeinsames Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Bao Xinhe, Prof. Pan Xiulian, Assoc. Prof. Jiao Feng und Prof. Xiao Jianping vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinese Academy of Sciences (CAS) haben eine starke kristallphasenabhängige Aktivität von MnGaOx bei der direkten Synthesegasumwandlung beobachtet. Diese Studie wurde veröffentlicht in Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie am 18.04.
„Die größte Herausforderung bei der Beobachtung der Kristallstruktur von Oxiden ist das Fehlen einer gut definierten Materialsynthesemethode, um Metalloxide mit den gleichen Elementkomponenten, aber unterschiedlichen kristallographischen Strukturen zu erhalten“, sagte Jiao.
In dieser Studie stellten die Forscher fest, dass die Co-Präzipitationsmethode und die hydrothermale Methode bimetallische Oxide synthetisieren können, die aus amorphem MnO2 und Ga2O3 mit einer hexagonal dicht gepackten (HCP) bzw. flächenzentrierten kubischen (FCC) Kristallphase bestehen. Interessanterweise fanden sie heraus, dass das HCP-Oxid nach der Reduktion unter H2 oder CO unverändert als HCP MnO-Ga2O3-Mischkristalloxide blieb, während sich das FCC-Mischkristalloxid in eine FCC-Spinellstruktur umwandelte, wo reduziertes Mn2+ die A-Stelle der AB2O4-Spinellstruktur einnahm .
Sie erzielten 40 % CO-Umwandlung, 81 % Selektivität für leichte Olefine und eine Raum-Zeit-Ausbeute von 0,17 g·g Kat-1·h-1 an leichten Olefinen mit der Kombination von FCC MnGaOx-Spinell und SAPO-18. Im Vergleich dazu erzielten sie eine viel schlechtere Aktivität mit MnGaOx in fester Lösung mit einer ähnlichen chemischen Zusammensetzung.
Sie bewiesen ferner, dass die überlegene Aktivität von MnGaOx-Spinell auf seine höhere Reduzierbarkeit und das Vorhandensein einer koordinativ ungesättigten Ga3+-Stelle zurückzuführen ist, die die Dissoziation der CO-Bindung über einen effizienteren Keten-Acetat-Weg zu leichten Olefinen erleichtert.
„Unsere Erkenntnisse können Metalloxide für die Umwandlung von OXZEO-Synthesegas weiter optimieren“, sagte Prof. Pan.
Mehr Informationen:
Bing Bai et al, Tuning the Crystal Phase to Form MnGaOx‐Spinell for Highly Efficient Syngas to Light Olefins, Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie (2023). DOI: 10.1002/ange.202217701