【催化】六方氮化硼催化剂上的丙烷氧化脱氢反应机理

来源：CBG资讯

厦门大学化学化工学院催化与反应工程课题组在六方氮化硼（h-BN）催化剂上丙烷氧化脱氢反应机理研究方面取得进展。相关成果以“Propane oxidative dehydrogenation over highly selective hexagonal boron nitride catalysts: The role of oxidative coupling of methyl”为题发表于Science advances（DOI: 10.1126/sciadv.aav8063）。

相较于传统的钒基等催化剂，h-BN催化剂在丙烷氧化脱氢方面表现出优异的烯烃选择性，除了主产物丙烯之外，还获得较高的乙烯选择性。然而，对于h-BN催化剂上丙烷氧化脱氢过程，至今仍缺乏深入的认识和理解。

一般认为，在h-BN催化剂上C2产物是由丙烷C-C键断裂产生的，因此C2和C1产物选择性比（C2/C1）应该小于或等于2。但是实验却发现h-BN催化剂在特定条件下可以获得大于2的C2/C1。针对这一反常现象，课题组经过大量的实验研究，提出了C-C键断裂产生的甲基自由基进一步氧化偶联产生C2产物的假设，解释了h-BN催化剂上丙烷氧化脱氢反应中高C2产物选择性的现象。通过甲烷氧化实验、同位素（13C）标记实验、在线质谱跟踪等手段验证了上述假设，作者提出了h-BN催化剂上丙烷氧化脱氢过程中甲基自由基的四条可能的反应路径。这一发现对于重新认识h-BN催化剂上丙烷氧化脱氢反应过程有着重要的意义，同时也为低碳烷烃的选择性氧化转化研究提供了新的思路。

催化与反应工程课题组近些年致力于低碳烷烃催化转化的基础与应用研究，特别是在硼基催化剂上的低碳烷烃选择性氧化方面正形成自己的研究特色，在甲烷、乙烷及丙烷等选择性转化到高附加值化学品研究方面取得系列进展（Chemical Engineering Science, 2018, 186, 14; AIChE Journal, 2018, 64, 4002）。

该研究工作是在王勇教授和林敬东副教授的共同指导下完成。2015级博士研究生田金树、2015级硕士研究生谈江乔（已毕业）以及2016级硕士研究生许明亮共同完成了相关实验和催化剂的表征。张朝霞工程师、万绍隆副教授和王帅教授参与了研究工作。该工作得到国家自然科学基金（项目批准号：21576227、91545114、91545203、21673189）和中央高校基本科研业务费（项目批准号：20720160032）的资助。