六方氮化硼助力环己烷高效转化为烯烃：开辟绿色化学新路径

随着原油重质化，环己烷（C6H12）高效利用迫在眉睫。传统金属氧化物催化剂用于环己烷氧化转化（OCC）时，烯烃选择性低。研究人员用六方氮化硼（h-BN）催化 OCC，抑制深度氧化和脱氢，提高烯烃选择性，为环己烷利用提供新方向。

　　在能源化工领域，原油重质化问题日益凸显。这一变化使得从炼油过程中获取的石脑油里，环烷烃的含量不断攀升。而在众多环烷烃中，环己烷占据着相当大的比例。以往，环己烷大多仅作为树脂、沥青和橡胶的溶剂，或是部分被氧化制成环己酮和环己醇，用于生产尼龙中间体，如己内酰胺和己二酸 。但这些应用对环己烷的需求十分有限，如何高效利用环己烷成为了科研人员亟待攻克的难题。

传统的环己烷直接裂解或脱氢方法存在诸多弊端，像是热力学限制导致反应难以进行，反应速率也不尽人意。于是，将环己烷氧化转化（OCC）为有价值化学品的思路应运而生。这一过程主要有三条反应路径：一是通过氧化脱氢（ODH）生成环己烯，接着继续脱氢生成环己二烯和苯；二是深度氧化生成 CO_x（CO 和 CO₂）；三是氧化裂解（OC）生成开环烯烃。在这些产物里，环己烯和开环烯烃经济价值高，而苯和 CO 价值较低，CO₂更是不受欢迎的温室气体。所以，OCC 过程的关键就在于提高烯烃选择性，同时尽量减少苯和 CO_x的生成，这就需要尽可能抑制深度脱氢和氧化反应。

此前，不少研究尝试用各种催化剂实现 OCC 制备环己烯或烯烃，比如 Co₃O₄、MoO₃、MgVO_x和纳米金刚石等。然而，金属氧化物基催化剂氧化能力过强，容易让环己烯和烯烃深度氧化成 CO_x ；而且烯烃在这类催化剂上吸附性强，环己烯还会深度脱氢变成价值较低的苯，导致烯烃选择性低，苯和 CO_x选择性高。纳米金刚石催化剂虽能抑制深度氧化，可深度脱氢产物苯的选择性依旧高达 34.2%，反应速率也比较低。

为了突破这些困境，国内研究人员开展了关于六方氮化硼（h-BN）在 OCC 中应用的研究。研究发现，h-BN 催化剂能有效抑制深度氧化和脱氢反应，显著提高 OCC 过程中的烯烃选择性。该研究成果发表在《Applied Catalysis A: General》上，为环己烷的高效利用开辟了新方向，也加深了人们对h-BN 在烷烃氧化过程中催化作用的理解。

研究人员在实验过程中，主要运用了以下关键技术方法：采用商业购买的纯度＞99% 的新鲜h-BN 作为催化剂，无需进一步化学或热处理直接用于催化测试；同时制备 Mg₃(VO₄)₂催化剂作为对比。在固定床反应器中进行 OCC 反应，通过气相色谱对反应产物进行分析检测。

六方氮化硼（h-BN）的催化性能研究

研究人员对比了h-BN 和 Mg₃(VO₄)₂在 OCC 反应中的表现。实验结果令人惊喜，在 550°C 时，h-BN 催化下环己烷转化率达到 32.5%，环己烯选择性高达 49.1%，开环烯烃占比 20.1% 。而传统的 Mg₃(VO₄)₂催化剂在烯烃选择性上则逊色许多。这表明h-BN 在 OCC 反应中，能够有效抑制深度氧化和脱氢，展现出良好的催化性能，极大地提高了目标产物烯烃的选择性。

反应条件对 OCC 反应的影响

研究人员还探究了反应温度和烷基 - 氧比这两个重要反应条件对 OCC 反应的影响。结果显示，升高反应温度、增加烷基 - 氧比，不仅能够促进开环烯烃的生成，还能维持较高的环己烯选择性。这一发现为优化 OCC 反应条件提供了关键依据，有助于在实际生产中通过调整反应条件，实现更高的烯烃产率。

反应机制探讨

深入研究发现，OCC 反应是由气相自由基机制驱动的。h-BN 对烯烃的吸附作用较弱，并且通过自由基介导的途径抑制了深度氧化和脱氢反应。这一特性有效减少了自由基和烯烃的进一步氧化与脱氢，从而提升了烯烃的选择性。该机制的揭示，让人们对h-BN 在 OCC 反应中的作用有了更深入的认识，为后续开发更高效的催化剂提供了理论基础。

总的来说，该研究证实了h-BN 在 OCC 反应中表现卓越，能够以高选择性生成烯烃，同时减少 CO_x和苯的生成，相比传统金属氧化物催化剂优势明显。反应温度和烷基 - 氧比的提升有利于开环烯烃的形成，且反应主要遵循气相自由基机制。这一成果为环己烷的高效利用提供了极具前景的新途径，也为h-BN 在烷烃氧化催化领域的进一步应用奠定了坚实基础。未来，有望基于此研究成果，开发出更多高效的催化剂和优化的反应工艺，推动绿色化学和能源化工领域的发展。