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ACS Catal.：Co表面氧化對丙烷氧化脫氫反應的影響：從頭算多尺度動力學研究

丙烷脫氫是一種日益廣泛使用的丙烯生產方法。該反應為基于石油資源的傳統工藝提供了一種替代方法。

近日，斯洛文尼亞國家化學研究所Bla? Likozar和Matej Hu?（共同通訊作者）等人報道了他們從理論上研究了氧化鉻（Cr₂O₃）如何在氧化和還原環境中催化該反應。在文中，作者使用多尺度建模來研究氧化和還原催化劑及其性能之間的差異。

作者采用密度泛函理論（DFT）計算了丙烷在α-Cr₂O₃(0001)氧化和還原表面上的C-C裂解、副產物（丙炔、乙烷、乙烯、乙炔和甲烷）生成和催化劑結焦的全部反應過程，并進行了Hubbard校正。

描述吸附、脫附和表面反應的參數用于動力學蒙特卡羅模擬，該模擬采用了工業相關條件（700-900 K，壓力高達2 bar，以及各種氧化劑：N₂O、O₂和無氧化劑）。

作者觀察到在還原表面上，丙烯和氫氣以高選擇性形成。當使用氧化劑時，表面被氧化，改變了反應機理和動力學。在更快的反應過程中，H₂O在Mars-van Krevelen循環中形成副產物。此外，還會形成CO₂，表示浪費并對選擇性產生不利影響。

實驗結果表明，氧化表面活性更高，更容易生成CO₂，而還原表面活性較低，對丙烯的選擇性較高。此外，作者還研究了所用氧化劑的影響，表明N₂O比O₂更適合，因為它具有更高的選擇性和更少的催化劑結焦。

作者發現存在一個最佳的表面氧化程度，其中丙烯的產率最大。在反應過程中形成的焦炭可以與CO₂、O₂一起燃燒掉。

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表面氧化對丙烷氧化脫氫反應的影響：從頭算多尺度動力學研究

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