Stable Cobalt‐Zeolite Propane‐Dehydrogenation Catalysts Enabled by Reaction‐Driven Reconstruction

脱氢 催化作用 丙烷 沸石 硅醇 材料科学 焦炭 丙烯 化学工程 产量(工程) 化学 有机化学 复合材料 冶金 工程类
作者
Qiang Liu,Yongbin Yao,Junmeng Li,Jingnan Wang,Lili Chen,Wenlin Li,Yangyang Guo,Siyu Yao,Yongan Yang,Xi Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202505628
摘要

Cobalt‐based catalysts have emerged as promising substitutes for Pt‐ and Cr‐based propane dehydrogenation (PDH) catalysts. However, controlling the distribution of Co species and achieving stable active centers remains challenging. Here, we report that reaction‐driven reconstruction of metallic cobalt (Co0) species within pure silica MFI zeolite (S‐1) into CoOx clusters within silanol nests during PDH yields efficient and durable performance. Atomically dispersed CoOx clusters exhibit exceptional durability and high propylene space‐time yield (STY), maintaining an ultrahigh propylene STY of 17.2 mmolC3H6 gcat‐1 h‐1 for over 260 hours under industrially relevant conditions, surpassing previous cobalt‐based PDH catalysts. Moreover, the catalyst operates stably at 520 °C for 170 hours with near‐equilibrium propane conversions. Comprehensive characterizations indicate the dynamic evolution process from the silanol nests effectively capturing and stabilizing Co0 species within S‐1 zeolite, thereby promoting the dynamic formation of CoOx clusters during the PDH process. We also demonstrate that stable Co‐O active centers formed by this unique anchoring strategy improve catalyst stability by suppressing coke formation and promoting efficient propane dehydrogenation.
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