SSZ‐13‐Zeolith mit Isolierten Co$^{2+}$‐Zentren als ein Effizientes und Beständiges Katalysatorsystem für die Nichtoxidative Ethandehydrierung

Die nichtoxidative Ethandehydrierung (EDH) ist eine attraktive Methode für die zielgerichtete Herstellung von Ethen. Es bleibt jedoch schwierig, mit Katalysatoren auf Basis von in der Erdkruste reichlich vorkommenden Metallen eine hohe Aktivität und insbesondere eine hohe Beständigkeit zu erreichen. In dieser Arbeit stellen wir das Co/SSZ-13-System mit ausschließlich zweiwertigen Kobaltionen (Co2+) vor, welches die oben genannten Anforderungen erfüllt. Mithilfe komplementärer Charakterisierungsmethoden konnten zwei Co2+-Spezies nachgewiesen werden: Co2+–Z2 in den sechsgliedrigen Ringfenstern und [Co(OH)]+-Z in den achtgliedrigen Ringfenstern, wobei Z für ein geladenes Zentrum des Zeolithgerüsts steht. Eine quantitative Korrelation zwischen der Ethenbildungsgeschwindigkeit und der Zentrenbesetzung bestätigt Co2+ Z2 als die aktive Spezies. Die strukturelle und elektronische Stabilität dieser wurde mittels In-situ-Röntgenabsorptionsspektroskopie unter Hochtemperaturreaktionsbedingungen bestätigt. Der optimierte 0.9Co/SSZ-13-Katalysator(0.9Co) war über 200 Dehydrierungs-/oxidativen Regenerationszyklen bei 600–650 °C besonders beständig und arbeitete 150 Stunden mit industriell relevanter Produktivität. In dieser Hinsicht übertrifft der Katalysator alle zuvor entwickelten Katalysatoren, einschließlich solcher, die Platin als aktive Komponente enthalten. Die diskutierten Ergebnisse legen die Ursachen der EDH-Aktivität/Beständigkeit des Co/SSZ-13-Systems auf atomarer Ebene offen und unterstreichen die zentrale Rolle der Position der Metallzentren im Zeolithgerüst für die Entwicklung von hochaktiven, selektiven und beständigen Katalysatoren für die zielgerichtete Ethenproduktion.