乙烷催化脫氫法（EDH）是利用頁(yè)巖氣制取乙烯的一種很有前景的工藝，但由于非氧化途徑的催化劑活性不足，目前的工藝中乙烯的產(chǎn)率大多低于1.5 KgC2H4 Kgcat-1 h-1。
基于此，浙江大學(xué)王亮研究員、中科院大連化學(xué)物理研究所肖建平研究員和上海交通大學(xué)劉晰副教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種從機(jī)械輔助自發(fā)分散得到的硅質(zhì)沸石中分離鈷的催化劑（Co/S-1）。
Co/S-1可作為一種非氧化EDH催化劑，在快速進(jìn)氣的熱力學(xué)限制轉(zhuǎn)換水平下，產(chǎn)生13.4 KgC2H4 Kgcat-1 h-1的乙烯生產(chǎn)率，優(yōu)于以往的非貴金屬催化劑，甚至優(yōu)于PtSn/Al2O3催化劑。
DFT計(jì)算，以深入了解H2CoS-1位點(diǎn)的EDH過程。對(duì)這些結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并可由模型體系中H（μH）和Co（μCo）的化學(xué)勢(shì)的熱力學(xué)相圖表示。
富H區(qū)（圓形點(diǎn)）和貧H區(qū)（三角形）分別對(duì)應(yīng)于氫和水/氧的μH。μCo指的是CoCl2和HCl（Co-rich）或Cl2（Co-poor）。
分子篩中的金屬Co位點(diǎn)可被排除在外，因?yàn)樵谙鄨D的寬窗口中有較高的形成能。此外，雖然具有Co位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)在相圖上也很穩(wěn)定，但它需要相對(duì)豐富的Co物種組成，在Co含量如此低的Co/S-1-aw中可以忽略不計(jì)。
在H2CoS-1上，乙烷脫氫到乙基（C2H5*）的第一步以約1.5 eV的動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘（Ga）進(jìn)行，這是最佳路徑中需要克服的最高勢(shì)壘，在實(shí)驗(yàn)溫度（863 K）下應(yīng)該可以克服。
注意，在一次脫氫過程中形成了一個(gè)新的羥基（H吸附在O位點(diǎn)上），可以立即與H2CoS-1上的一個(gè)氫原子結(jié)合，形成具有2.28 eV高動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘的H2。另外，在H2析出之前發(fā)現(xiàn)了更容易的C2H5*轉(zhuǎn)化。
Rivet of cobalt in siliceous zeolite for catalytic ethane dehydrogenation. Chem, 2022, DOI: 10.1016/j.chempr.2022.10.026.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.10.026.
