J 2023

Non-hydrolytic Sol-Gel Routes to Bifunctional Cu-Ta-SiO<sub>2</sub> Catalysts for the Upgrading of Ethanol to Butadiene

DOCHAIN, Denis D, Aleš STÝSKALÍK, Vít VYKOUKAL, Alexandre VIMONT, Arnaud TRAVERT et. al.

Základní údaje

Originální název

Non-hydrolytic Sol-Gel Routes to Bifunctional Cu-Ta-SiO<sub>2</sub> Catalysts for the Upgrading of Ethanol to Butadiene

Autoři

DOCHAIN, Denis D, Aleš STÝSKALÍK (203 Česká republika, garant, domácí), Vít VYKOUKAL (203 Česká republika, domácí), Alexandre VIMONT, Arnaud TRAVERT a Damien P DEBECKER

Vydání

CHEMISTRY OF MATERIALS, WASHINGTON, AMER CHEMICAL SOC, 2023, 0897-4756

Další údaje

Jazyk

angličtina

Typ výsledku

Článek v odborném periodiku

Obor

10402 Inorganic and nuclear chemistry

Stát vydavatele

Spojené státy

Utajení

není předmětem státního či obchodního tajemství

Odkazy

Impakt faktor

Impact factor: 8.600 v roce 2022

Kód RIV

RIV/00216224:14310/23:00132623

Organizační jednotka

Přírodovědecká fakulta

UT WoS

001059698900001

Klíčová slova anglicky

HETEROGENEOUS CATALYSTS; CONVERSION; ZEOLITES

Štítky

Příznaky

Mezinárodní význam, Recenzováno
Změněno: 18. 10. 2024 14:15, Ing. Jana Kuchtová

Anotace

V originále

The one-step catalytic conversion of bio-based ethanol to 1,3-butadiene is an attractive way to produce this important C4 building block, to be exploited as a sustainable drop-in chemical in the tire and nylon industry. For this catalytic process, bifunctional catalysts combining both redox and acidic properties are required. Here, we leverage non-hydrolytic sol-gel (NHSG) chemistry to prepare tailored Cu-Ta-SiO2 catalysts featuring an open texture, dispersed acidic Ta sites, and small Cu nanoparticles. In the ether route, silicon tetrachloride and tantalum pentachloride undergo polycondensation reactions with diisopropyl ether as the oxygen donor. In the acetamide elimination route, silicon tetraacetate reacts with pentakis(dimethylamido)tantalum(V). In both routes, copper(II) acetylacetonate is added and trapped in a tantalosilicate matrix. Upon calcination, CuO nanoparticles form and the resulting bifunctional material develop a mesoporous texture with specific surface areas in the 650-950 m(2) g(-1) range, pore volumes between 0.75 and 0.90 cm(3) g(-1), and average pore diameters above 3 nm. With the help of NH3-TPD, FTIR, CO- and pyridine-adsorbed FTIR, XRD, XPS, and STEM-EDS, we demonstrate that the catalysts made via the acetamide elimination route show higher performance in the ethanol-to-butadiene reaction, with low selectivity in dehydration byproducts, owing to moderate Lewis acidity, smaller Cu nanoparticles, and higher active site proximity. After optimization of the Ta and Cu loadings, a butadiene productivity as high as 0.38 g(BD) g(cat)(-1) h(-1) is obtained, surpassing state-of-the-art catalysts with similar formulations and tested under similar reaction conditions.

Návaznosti

EF18_046/0015974, projekt VaV
Název: Modernizace České infrastruktury pro integrativní strukturní biologii
GJ20-03636Y, projekt VaV
Název: Nové katalyzátory pro přípravu 1,3-butadienu z ethanolu
Investor: Grantová agentura ČR, Nové katalyzátory pro přípravu 1,3-butadienu z ethanolu
90242, velká výzkumná infrastruktura
Název: CIISB III