Na-W-Mn/SiO2催化剂上不同含量WO4活性位点在甲烷氧化偶联中的催化行为

宋佳欣, 范晓强, 刘百军, 赵震

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高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (09) : 53-63.

Na-W-Mn/SiO2催化剂上不同含量WO4活性位点在甲烷氧化偶联中的催化行为

  • 宋佳欣, 范晓强, 刘百军, 赵震
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摘要

甲烷氧化偶联(OCM)作为生产C2(C2H6和C2H4)的直接途径受到了广泛关注.在传统催化剂中,Mn/Na2WO4/SiO2(Na-W-Mn/SiO2)类催化剂具有甲烷转化率高、 C2选择性高且在高温下也能保持相对高的稳定性等优点.本文利用硅钨酸作为前驱体,制备了一系列不同W载量的Na-n W-Mn/SiO2催化剂,并进行了X射线粉末衍射、透射电子显微镜、氢气程序升温还原、氧气程序升温脱附和X射线光电子能谱表征以及甲烷氧化偶联活性的评价.研究发现,所有催化剂上的Na2WO4、 Mn2O3和α-方英石晶相之间均存在较强的相互作用,并通过协同催化作用来提高催化剂的OCM性能.随着W载量的持续增加,以硅钨酸作为前驱体制备的催化剂表面的W物种一直保持以四面体WO4的形式存在,而构效关系分析揭示了四面体WO4是此系列催化剂上OCM反应的活性中心.具有高含量四面体WO4的Na-10.0%W-Mn/SiO2催化剂有较低的W6+→W4+还原温度和较高的表面晶格氧占比,这可能是其获得最佳甲烷转化率和C2产率的主要原因.当温度为775℃时, Na-10.0%WMn/SiO2催化剂上CH4的转化率为44.2%, C2的产率为24.1%,其中乙烯的产率为18.7%.

关键词

Na-W-Mn/SiO2催化剂 / 甲烷氧化偶联 / 不同W含量 / 乙烯收率 / C2

中图分类号

O643.36

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宋佳欣, 范晓强, 刘百军, 赵震. Na-W-Mn/SiO2催化剂上不同含量WO4活性位点在甲烷氧化偶联中的催化行为. 高等学校化学学报. 2024, 45(09): 53-63

基金

国家自然科学基金(批准号:22172101,92145301); 辽宁省应用基础研究计划项目(批准号:2023JH2/101600059); 沈阳市科技计划项目(批准号:22-322-3-28); 辽宁省“兴辽英才”青年拔尖人才计划项目(批准号:XLYC2203138); 沈阳师范大学重大项目孵化工程项目(批准号:ZD201901)资助

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