【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光催化能源转化领域，具体涉及一种利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法。
技术介绍
1、乙烯（c2h4）是化学工业的主要组成部分，占石化产品的75%以上，主要通过石脑油蒸汽裂解产生，但这一过程因能耗高（t>800℃）及原油价格的脆弱性而受到限制。页岩气中乙烷（c2h6）的高可用性以及乙烷催化脱氢的温和、节能和高选择性增加了人们对乙烯生产替代工艺的兴趣。一般来说，乙烷脱氢（dhe）过程需要氧气（o2）的参与和水的释放来完成周期性反应循环。然而，o2参与dhe过程会不可逆地发生全氧化反应生成大量cox副产物，从而降低c2h4的选择性。此外，由于气体混合物的可燃性，o2和c2h6的共进料带来了安全问题，并且需要通过昂贵的空分装置在现场生产氧气，这无疑增加了乙烯生产的成本。
技术实现思路
1、针对传统dhe工艺高能耗的不足，以及为解决乙烷与氧气共进料导致乙烯过度氧化的缺点，本专利技术提出了一种利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其利用过渡金属氧化物的晶格氧作为温和氧化剂进行光催化烷烃脱氢制烯烃，具有低碳排放、可持续和易再生的特点。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，利用过渡金属氧化物为光催化剂，在厌氧（无o2）条件下同时利用过渡金属氧化物中的晶格氧进行烷烃光催化脱氢制备乙烯。此时，晶格氧代替纯氧作为氧化剂，避免了烃类的过度氧化，可实现优异的烯烃选择性。
4、进一步地，所述过渡金属
5、进一步地，所述过渡金属氧化物利用简单易操作的共沉淀-煅烧法即可制备，其制备步骤如下：
6、（1）将沉淀剂缓慢滴入镍盐溶液中，搅拌0.5-24小时；
7、（2）将得到的沉淀经水洗干燥后置于马弗炉中，在300-800 ℃下煅烧1-6 h。
8、进一步地，所用沉淀剂为尿素、碳酸氢铵、碳酸铵中的任意一种或几种。
9、进一步地，所用镍盐为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍中的任意一种或几种。
10、进一步地，所用镍盐与沉淀剂的摩尔比为1.0:(1.5~2.5)。
11、进一步地，烷烃脱氢反应后，过渡金属氧化物中被消耗的晶格氧能够通过暴露在空气或氧气中实现再生。
12、nio是一种典型的p型半导体，具有ni2+/ni3+氧化还原电对，本质上包含ni阳离子缺陷位点，可控制煅烧温度调节ni阳离子空位，生成相应的非化学计量的晶格氧。晶格氧具有比氧气更温和的氧化能力，在烷烃脱氢过程中生成的产物氢气或中间产物氢可与活性晶格氧结合生成水，使反应平衡向右移动，从而提高反应的转化率和产品收率。
13、本专利技术的显著优势在于：
14、（1）本征材料上的ni阳离子空位作为一种经典缺陷，可以延长活性位点的距离或间距，有利于反应物的吸附。且由ni阳离子空位诱导的独特局部结构可以促进光催化脱氢过程中的电荷转移速率和氧化还原动力。更重要的是，ni金属空位降低了氧原子的配位数，产生了相应的非化学计量活性晶格氧，其可代替纯氧作为氧化剂，避免了烃类的过度氧化，有利于乙烷的部分氧化，从而提高了烯烃的选择。
15、（2）本专利技术催化剂制备方法简单、生产成本低，且含有阳离子空位，可以有效改善传统光催化材料光生载流子分离效率差等缺点。更重要的是，由金属缺陷引发的晶格氧动态参与催化反应，可提高催化活性和选择性，有望激发氧化还原金属氧化物在能量转换领域的更多应用。
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1.一种利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其特征在于：利用过渡金属氧化物为光催化剂，在厌氧条件下同时利用过渡金属氧化物中的晶格氧作为氧化剂进行烷烃光催化脱氢制备乙烯；所述过渡金属氧化物为具有Ni2+/Ni3+氧化还原电对的Ni1-xO，其中0<x<1。
2.根据权利要求1所述的利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其特征在于：所述过渡金属氧化物的制备步骤如下：
3.根据权利要求2所述的利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其特征在于：所用沉淀剂为尿素、碳酸氢铵、碳酸铵中的任意一种或几种。
4.根据权利要求2所述的利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其特征在于：所用镍盐为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、乙酸镍中的任意一种或几种。
5.根据权利要求2所述的利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其特征在于：所用镍盐与沉淀剂的摩尔比为1.0:(1.5~2.5)。
6.根据权利要求1所述的利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其特征在于：烷烃脱氢反应后，过渡金属氧化物中被消耗的晶格氧通过暴露在空气或氧气中实现再生。
【技术特征摘要】
1.一种利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其特征在于：利用过渡金属氧化物为光催化剂，在厌氧条件下同时利用过渡金属氧化物中的晶格氧作为氧化剂进行烷烃光催化脱氢制备乙烯；所述过渡金属氧化物为具有ni2+/ni3+氧化还原电对的ni1-xo，其中0<x<1。
2.根据权利要求1所述的利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其特征在于：所述过渡金属氧化物的制备步骤如下：
3.根据权利要求2所述的利用晶格氧进行光催化烷烃脱氢的方法，其特征在于：所用沉淀剂为尿素...
【专利技术属性】
技术研发人员：王心晨，汪思波，魏芬，周佳，张贵刚，卢雪峰，侯乙东，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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