Modeling Coordinatively Unsaturated Structures in Mixed Mg-Al Oxides as Active Sites for Dehydrogenation and Dehydration of Ethanol

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Processes of dehydrogenation and dehydration of ethanol on a Lewis acid site (LAS) of mixed Mg–Al oxide have been studied by density-functional theory approach. The structure of the active site of the mixed oxide system has been proposed. Possible intermediates have been studied and the mechanisms of these processes occurring on LAS of mixed oxide containing aluminum or chromium have been suggested. Isomorphous substitution of aluminum for chromium in the structure of mixed oxide results in a decrease of the energetic barrier for the process of ethanol dehydrogenation.

Full Text

Restricted Access

About the authors

М. N. Мikhailov

N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: lmk@ioc.ac.ru
Russian Federation, Moscow

L. М. Kustov

Lomonosov Moscow State University; N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: lmk@ioc.ac.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Ndou A.S., Plint N., Coville N.J. // Appl. Catal. A: Gen. 2003. V. 251. P. 337.
  2. Kozlowski J.T., Davis R.J. // ACS Catal. 2013. V. 3. P. 1588.
  3. Choudary B.M., Kantam M.L., Neeraja V., Rao K.K., Figueras F., Delmotte L. // Green Chem. 2001. V. 3. P. 257.
  4. Cerveny J., Splıchalova J., Kacer P., Kovanda F., Kuzma M., Cerveny L. // J. Mol. Catal. A. 2008. V. 285. P. 150.
  5. Sharma S.K., Parikh P.A., Jasra R.V. // J. Mol. Catal. A. 2007. V. 278. P. 135.
  6. Cantrell D.G., Gillie L.J., Lee A.F., Wilson K. // Appl. Catal. A: Gen. 2005. V. 287. P. 183.
  7. Xie W., Liu Y., Chun H. // Catal. Lett. 2012. V. 142. P. 352.
  8. Abello S., Medina F., Tichit D., Perez-Ramírez J., Groen J.C., Sueiras J.E., Salagre P., Cesteros Y. // Chem. Eur. J. 2005. V. 11. P. 728.
  9. Maru M.S., Ram S., Shukla R.S. // Кинетика и катализ. 2023. T. 64. № 3. C. 305 (Maru M.S., Ram S., Shukla R.S. // Kinet. Catal. 2023. V. 63. № 3. P. 276.)
  10. Guerrero-Urbaneja P., Garcıa-Sancho C., Moreno-Tost R., Merida-Robles J., Santamarıa-Gonzalez J., Jimenez-Lopez A., Maireles-Torres P. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. V. 470. P. 199.
  11. Бухтиярова М.В., Нуждин А.Л., Кардаш Т.Ю., Бухтияров А.В., Герасимов Е.Ю., Романенко А.В. // Кинетика и катализ. 2019. T. 60. № 3. С. 364. (Bukhtiyarova M.V., Nuzhdin A.L., Kardash N.Yu., Bukhtiyarov A.V., Gerasimov E.Yu., Romanenko A.V. // Kinet. Catal. 2019. V. 60. № 3. P. 343.)
  12. Liu P., Derchi M., Hensen E.J.M. // Appl. Catal. B: Environ. 2014. V. 144. P. 135.
  13. Guerrero-Urbaneja P., Garcıa-Sancho C., Moreno-Tost R., Merida-Robles J., Santamarıa-Gonzalez J., Jimenez-Lopez A., Maireles-Torres P. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. V. 470. P. 199.
  14. Jimenez-Sanchidrian C., Ruiz J.R. // Appl. Catal. A: Gen. 2014. V. 469. P. 367.
  15. Navajas A., Campo I., Arzamendi G., Hernandez W.Y., Bobadilla L.F., Centeno M.A., Odriozola J.A., Gandia L.M. // Appl. Catal. B: Environ. 2010. V. 100. P. 299.
  16. Liu P., Derchi M., Hensen E.J.M. // Appl. Catal. A: Gen. 2013. V. 467. P. 124.
  17. Tichit D., Coq B. // CATTECH. 2003. V. 7. P. 206.
  18. Tichit D., Lutic D., Coq B., Durand R., Teissier R. // J. Catal. 2003. V. 219. P. 167.
  19. Tichit D., Gerardin C., Durand R., Coq B. // Top. Catal. 2006. V. 39. P. 89.
  20. Xu Z.P., Zhang J., Adebajo M.O., Zhang H., Zhou C.H. // Appl. Clay Sci. 2011. V. 53. P. 139.
  21. Millange F., Walton R.I., O’Hare D. // J. Mater. Chem. 2000. V. 10. P. 1713.
  22. Thomas G.S., Radha A.V., Kamath P.V., Kannan S. // J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. P. 12365.
  23. Sato T., Kato K., Endo T., Shimada M. // React. Solids. 1986. V. 2. P. 253.
  24. Бессуднов А.Э., Кустов Л.М., Мишин И.В., Михайлов М.Н. // Изв. АН. Сер. хим. 2017. V. 4. P. 666. (Bessudnov A.E., Kustov L.M., Mishin I.V., Mijhailov M.N. // Russ. Chem. Bull. 2017. V. 4. P. 666.)
  25. Knözinger G. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1968. V. 7. P. 791.
  26. Morterra C., Ghiotti G., Boccuzzi F., Coluccia S. // J. Catal. 1978. V. 51. P. 299.
  27. Feng G., Huo C.F., Deng C.M., Huang L., Li Y.W., Wang J., Jiao H.J. // Mol. Catal. A. 2009. V. 304. P. 58.
  28. Clayborne P.A., Nelson T.C., De Vore T.C. // Appl. Catal. A: Gen. 2004. V. 257. P. 225.
  29. Roy S., Mpourmpakis G., Hong D.-Y., Vlachos D.G., Bhan A., Gorte R.J. // ACS Catal. 2012. V. 2. P. 1846.
  30. Fang Z., Wang Y., Dixon D.A. // J. Phys. Chem. C 2015. V. 119. № 41. P. 23413.
  31. Becke A.D. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5648.
  32. Lee C., Yang W., Parr R.G. // Phys. Rev. B 1988. V. 37. P. 785.
  33. Vosko S.H., Wilk L., Nusair M. // Can. J. Phys. 1980. V. 58. P. 1200.
  34. Lee C., Yang W. // Phys. Rev. B. 1988. V. 45. P. 13244.
  35. Becke A.D. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 1372.
  36. Stevens W.J., Krauss M., Basch H., Jasien P.G. // Can. J. Chem. 1992. V. 70. P. 612.
  37. Granovsky A.A. // Firefly version 8.2.0. http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html.
  38. Игнатов С.К., Багатурьянц А.А., Разуваев А.Г., Алфимов М.В., Мотовщикова М.В., Додонов В.А. // Изв. РАН. Сер. Хим. 1998. Т. 47. № 7. С. 1257. (Ignatov S.K., Bagatur’yants A.A., Razuvaev A.G., Alfimov M.V., Motovshchikova M.B., Dodonov V.A. // Russ. Chem. Bull. 1998. V. 47. № 7. P. 1257.)
  39. Bagaturyants A.A., Ignatov S.K., Razuvaev A.G., Gropen O. // Mater. Sci. Semiconductor Proc. 2000. V. 3. P. 71.
  40. Solans-Monfort X., Branchadell V., Sodupe M., Sierka M., Sauer J. // J. Chem. Phys. 2004. V. 121. P. 6034.
  41. Николаева Е.В., Мамонов Н.А., Кустов Л.М., Михайлов М.Н. // Изв. АН. Сер. хим. 2015. Т. 64. № 2. С. 269. (Nikolaeva E.V., Mamonov N.A., Kustov L.M., Mikhailov M.N. // Russ. Chem. Bull. 2015. V. 64. № 2. P. 269.)
  42. Bailly M., Chizallet C., Costentin G., Krafft J., Lauron-Pernot H., Che M. // J. Catal. 2005. V. 235. P. 413.
  43. Kozlowski J.T., Aronson M.T., Davis R. // Appl. Catal. B: Environ. 2010. V. 96. P. 508.
  44. Díez V.K., Apesteguía C.R., Di Cosimo J.I. // Catal. Today. 2000. V. 63. P. 53.
  45. Shinohara Y., Satozono H., Nakajima T., Suzuki S., Mishima S. // J. Chem. Software. 1998. V. 4. P. 41.
  46. Kozlowski J.T., Davis R.J. // ACS Catal. 2013. V. 3. P. 1588.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Selection of the mixed oxide cluster

Download (193KB)
Indexing metadata
3. Scheme 1. Scheme of ethanol dehydrogenation process on LCC with aluminium

Download (51KB)
Indexing metadata
4. Fig. 2. Mechanism of interaction of ethanol molecule with the active centre containing aluminium in the dehydrogenation reaction

Download (171KB)
Indexing metadata
5. Scheme 2. Main steps of ethanol dehydration process on acid-base centres including aluminium atom

Download (58KB)
Indexing metadata
6. Fig. 3. Mechanism of interaction of ethanol molecule with the active centre containing aluminium for the dehydration reaction

Download (190KB)
Indexing metadata
7. Scheme 3. Main steps of the ethanol dehydrogenation process on the acid-base centre containing chromium

Download (57KB)
Indexing metadata
8. Translation results Fig. 4. Mechanism of interaction of ethanol molecule with the active centre containing aluminium for the dehydrogenation reaction

Download (159KB)
Indexing metadata
9. Scheme 4. Main steps of the ethanol dehydration process on the acid-base centre containing chromium

Download (58KB)
Indexing metadata
10. Fig. 5. Mechanism of interaction of ethanol molecule with the active centre containing aluminium for the dehydration reaction

Download (172KB)
Indexing metadata
11. Fig. 6. Total energy variation for the ethanol dehydrogenation process on a mixed oxide cluster with aluminium and chromium

Download (121KB)
Indexing metadata
12. Fig. 7. Total energy variation for the ethanol dehydration process on a mixed oxide cluster with aluminium and chromium

Download (122KB)
Indexing metadata


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».