Theoretical study the catalytic performance and mechanism of novel designed single atom catalysts M1/2DMs for 1,3-butadiene hydrogenation

催化作用 1,3-丁二烯 丁烯 选择性 Atom(片上系统) 吸附 离解(化学) 烯烃纤维 解吸 材料科学 金属 兴奋剂 石墨烯 化学 物理化学 光化学 有机化学 纳米技术 计算机科学 冶金 乙烯 嵌入式系统 光电子学
作者
Zhe Yan,Linxia Cui,Zhe Pang,Ke Shi,Mingyuan Zhang,Jiuwen Guo,Rui Gao,Haigang Hao
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:617: 156585-156585 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.156585
摘要

Selective hydrogenating 1,3-butadiene to butene is an important tool for the removal of 1,3-butadiene which is a by-product of olefin production. Traditional noble metal catalysts are expensive and relatively low selective for 1-butene. In order to decrease the catalyst cost and improve the 1-butene selective, single-atom catalysts were designed by doping non-noble metals single atom (Pd, Ru, Fe, Co, Ni) on two-dimensional material carriers, hexagonal BN and graphene. It is found that 1,3-butadiene tends to be dominated by mono-π-adsorption on single-atom catalysts, resulting in dissociated H atom preferentially attack the one end CC bond of 1,3-butadiene. Unlike the metallic nanomaterials, low energy barriers for the hydrogenation of 1,3-butadiene to 1-butene were obtained (Ru1/BN: 0.20 eV, Fe1/GR: 0.23 eV, Co1/BN: 0.36 eV, Ru1/GR: 0.44 eV, Co1/GR: 0.59 eV, Ni1/GR: 0.61 eV, Ni1/BN: 0.62 eV). The 1-butene desorption energies are smaller than the further hydrogenation energy barriers on the Pd1/GR, Ni1/GR, Pd1/BN Co1/BN and Ni1/BN surfaces, which indicated better selectivity on these catalysts’ surfaces. By contrast, Ni1/GR and Ni1/BN single-atom catalysts would be the best catalysts among all the studied catalyst in terms of adsorption energies of feed gas, dissociation ability of H2, hydrogenation energy barrier and 1-butene desorption energy.
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