苏州大学陈金星/曹暮寒/王璐JACS：层状双氢氧化物衍生物用于聚烯烃上循环！

研究内容

虽然钌(Ru)催化的氢解在将废聚烯烃转化为增值烷烃燃料方面具有重要前景，但一个主要制约因素是贵金属催化剂的高成本。

苏州大学陈金星、曹暮寒和王璐首次提出由CoAl层状双氢氧化物(LDH)衍生的钴(Co)基催化剂是有效的聚烯烃氢解的替代品。利用LDH平台的化学灵活性，发现金属Co是聚烯烃氢解的高效活性位点。此外，将Ni引入Co框架中，解决与连续Co-Co位点相关的氢化能力受限的问题。原位分析表明，Ni的结合诱导了电子转移，促进了氢的溢出。这种双重效应协同增强了烯烃中间体的加氢/脱附，导致低值CH 4 的产率从27.1%显著降低到12.6%。相关工作以“Layered Double Hydroxide Derivatives for Polyolefin Upcycling”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

研究要点

要点1.作者利用CoAl-LDH作为代表性的例子来研究LDH衍生物催化废聚烯烃氢解的潜力。通过在不同温度下的简单还原过程，实现了Co的连续结构演变，从CoAl-LDH转化为Co-Al混合氧化物和Co/CoAlO x 。实验结果表明，金属Co(Co/CoAlO x 中的Co 0 )表现出最高的氢解活性。在280°C和2 MPa H 2 压力的反应条件下持续3小时，优化的催化剂表现出优异的性能，固体转化率为96.2%。

要点2.作者进一步通过掺杂Ni来提高LDH的氢化性能，从而利用LDH的组分灵活性。解决了金属Co的氢化能力不足，导致连续C-C键普遍断裂，导致大量低值甲烷产生的难题。Ni掺杂显著诱导了电子从Co向Ni的转移，衍生的缺电子的Co-Co位点更容易驱动烯烃中间体的加氢/脱附，而Ni诱导的氢溢出有效地提高了催化剂表面的活性H浓度，这对聚烯烃氢解中液体燃料的生产起到了协同作用。

要点3.结果显示，当Ni掺杂量为3.12wt%时，形成的6NiCoAlO x 将甲烷产率从27.1%显著降低到12.6%，同时保持高催化活性，这与贵金属催化剂的催化活性相当。这些发现显示了利用LDH衍生物催化聚烯烃氢解的显著灵活性。

研究图文

图1. CoAl-LDHs及其衍生物的合成。

图2. CoAlO x 的晶体和电子结构。

图3. CoAlO x 催化剂对LDPE/正丁烷氢解反应的催化性能。

图4. NiCoAlO x 催化剂的结构表征。

图5. 镍掺杂对聚烯烃氢解反应的影响。

文献详情

Layered Double Hydroxide Derivatives for Polyolefin Upcycling

Mingyu Chu, Xianpeng Wang, Xuchun Wang, Panpan Xu, Lin Zhang, Shengming Li, Kun Feng, Jun Zhong, Lu Wang,* Youyong Li, Le He, Muhan Cao,* Qiao Zhang, Lifeng Chi, Jinxing Chen*

J. Am. Chem. Soc.

DOI : https://doi.org/10.1021/jacs.4c00327

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