SusChEM: Molecular Level Foundation for Olefin Metathesis by Heterogeneous Supported WO3/SiO2 Catalysts

SusChEM:多相负载 WO3/SiO2 催化剂进行烯烃复分解的分子水平基础

基本信息

  • 批准号:
    1301262
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 34.7万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-06-01 至 2017-05-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The Chemical Catalysis Program in the Chemistry Division at the National Science Foundation supports Professor Israel E. Wachs from Lehigh University to investigate the underlying science that can lead to the development of highly selective supported WO3/SiO2 catalysts for olefin metathesis. This research proposal focuses on olefin metathesis by heterogeneous supported WO3/SiO2 catalysts because of this catalyst system's outstanding metathesis characteristics for light olefins that have made it the industrial catalyst of choice. The hypothesis of this research proposal is that there is a unique molecular structure and oxidation state for the surface tungsten oxide species on the silica supports, the catalytic active site, that is responsible for C2 - C4 olefin metathesis. The objective of the proposed research is to employ modern state-of-the-art in situ spectroscopic techniques in conjunction with molecularly designed model single site catalysts to directly determine the molecular/electronic-catalytic activity/selectivity relationships for heterogeneous supported WO3/SiO2 olefin metathesis catalysis. The students involved in the proposed research project will be mentored to develop their critical thinking skills, experimental design and data analyses approaches, effective oral and written communications skills and research ethics. Special emphasis will be made to recruit graduate and undergraduate students from underrepresented groups. The students will participate in Lehigh's annual outreach program CHOICES involving high school teachers and middle school female students. Propylene (C3) is the second largest feedstock for the petrochemical industry and a shortage of propylene has developed that will continue to increase over the next decade. To meet this demand, the petrochemical industry is turning to olefin metathesis catalysis via the C2 + C4 - 2 C3 reaction, and improving catalyst performance for this reaction is a key challenge. Increased fundamental understanding of this reaction by supported WO3/SiO2 catalysts has the potential to assist in the rational design of improved industrial-type heterogeneous olefin metathesis catalysts with improved carbon efficiency and showcase the modern approach to heterogeneous catalysis research.
美国国家科学基金会化学部的化学催化项目支持来自里海大学的Israel E. Wachs教授研究能够开发用于烯烃分解的高选择性负载WO3/SiO2催化剂的基础科学。由于该催化剂体系对轻质烯烃具有突出的催化特性,成为工业催化剂的首选,因此本研究计划重点研究了异相负载WO3/SiO2催化剂的烯烃催化。本研究方案的假设是,在催化活性位点二氧化硅载体上,表面氧化钨物质具有独特的分子结构和氧化态,负责C2 - C4烯烃的复分解。本研究的目的是采用现代最先进的原位光谱技术,结合分子设计模型单位点催化剂,直接确定多相负载WO3/SiO2烯烃复分解催化的分子/电子催化活性/选择性关系。参与该研究项目的学生将接受指导,培养他们的批判性思维能力、实验设计和数据分析方法、有效的口头和书面沟通技巧以及研究伦理。将特别强调从代表性不足的群体中招收研究生和本科生。学生们将参加利哈伊大学的年度外展项目“选择”,该项目涉及高中教师和中学生。丙烯(C3)是石化工业的第二大原料,丙烯的短缺已经形成,在未来十年将继续增加。为了满足这一需求,石油化工行业正转向通过C2 + C4 - 2 C3反应来催化烯烃的转化,而提高该反应的催化剂性能是一个关键的挑战。通过负载型WO3/SiO2催化剂加深对该反应的基本理解,有助于合理设计具有更高碳效率的工业型非均相烯烃转化催化剂,并展示非均相催化研究的现代方法。

项目成果

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  • 资助金额:
    $ 34.7万
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    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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