丙烷脱氢是备受关注，前景广阔的丙烯生产路线。克服直接脱氢中催化剂的失活及毒性，氧化脱氢的过氧化都仍有挑战性。该工作构建了以高氧化还原活性，高比表面积的Ce-Zr固溶体为载体的CrO_x/Ce_1-xZr_xO₂用于丙烷化学链氧化脱氢。表征及DFT结果表明掺杂Zr使表面CrO_x物种所含氧受约束，而促进载体中氧的迁移。CrO_x与Ce_1-xZr_xO₂间的相互作用促成了一种氧“供体-受体”机制使得氧化脱氢CrO_x物种能够原位活化/再生，并形成阻碍弱结合氧释放的屏障。7.5Cr/Ce_0.8Zr_0.2O₂催化剂具有优越的CL-ODHP性能，并在连续50次氧化还原循环稳定运行。此外，Zr的添加使表面CrO_x具有更高的氧空位形成能，抑制了CO_x的生成。同时，上述表面Cr物种与载体间氧迁移的相互作用机制也潜在使ODH活性不受限于表面Cr物种的绝对数量，Cr含量在性能相当的催化剂中最低。

由于集成了氧化脱氢和直接脱氢的优点，化学链模式的ODHP相对于传统模式具有显著优势。本项研究着眼于建立传统负载型催化剂与化学链模式下氧化还原催化剂的桥梁，作为化学链方法在丙烷脱氢等常规催化反应中的一次应用实践，是在Cr基材料中的首次运用，为其作为一项过程强化反应工程技术的更广泛发展提供了有价值的参考。

图1. CrO_x/Ce_1-xZr_xO₂氧化还原催化剂在较大Cr负载量范围保持高活性

图2. 表面Cr物种与载体作用机制

本项工作受到了国家自然科学基金(52025063, 51906076)及国家重点研发专项(2022YFE0135500)的资助，并由华中科技大学分析测试中心协助完成表征分析。

文章完整信息：

X. Chen, X. Tian, C. Zheng; H. Zhao. CrO_x/Ce_1−xZr_xO₂ for chemical looping propane oxidative dehydrogenation: The redox interaction between CrO_x and the support. Chemical Engineering Science, 2023, 274: 118697

DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118697

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