Rational Design of a Bifunctional Catalyst for the Oxydehydration of Glycerol: A Combined Theoretical and Experimental Study

催化作用 丙烯酸 双功能 化学 丙烯醛 选择性 无机化学 甘油 氧化还原 有机化学 聚合物 共聚物
作者
Yang Yun,Kyung Rok Lee,Hong-Seok Park,Yong Jin Kim,Danim Yun,Jeong Woo Han,Jongheop Yi
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:5 (1): 82-94 被引量:34
标识
DOI:10.1021/cs501307v
摘要

Due to its cost effectiveness and eco-friendliness, oxydehydration of glycerol is currently attracting considerable attention. In an attempt to develop an efficient catalyst for the reaction, tungsten-incorporated molybdenum vanadium mixed oxide (MoVW) catalysts were designed on the basis of computational calculations and mechanistic insights. By incorporating tungsten into molybdenum vanadium mixed oxide structure, the catalysts are active and selective not only for the dehydration of glycerol but also for the subsequent oxidation of acrolein to acrylic acid. Through DFT calculations, we confirmed that tungsten species induced a change in the electron density of neighboring atoms, which leads to selective production of acrylic acid. Structural characterization demonstrates that the structure of such MoVW catalysts is similar to that of DFT models. The incorporated tungsten species enhanced the acid and redox properties of the catalyst, leading to high selectivity for acrylic acid (30.5%). It not only induced but also stabilized the reduced oxidation states of molybdenum and vanadium atoms, as confirmed by XPS and DFT calculations. Hence, a stable and selective production of acrylic acid was achieved with full glycerol conversion for 110 h. The MoVW catalytic system with an additional acid catalyst bed exhibited remarkable selectivity for acrylic acid (47.2%), suggesting its potential for practical applications.
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