エタノール脱水におけるオキソニウムイオン中間体の観察ゼオライト上のエテンへ

エタノールのゼオライト触媒脱水は、エテンの持続可能な生産のための有望な視点を提供します。複雑な平行対象経路は、ゼオライトのエタノール脱水の反応ネットワークに関与することが提案されています。ここでは、特に低温でのエテンの好ましい生産については、エタノール脱水の最初のステップがまだ不明です。ここでは、ゼオライトH-ZSM-5上のエタノールの脱水におけるトリエチルオクソニウムイオン（TEO）の観察を、ex situおよびin situ固体NMR分光法を使用して、TEOは、作動触媒上の安定した表面種として特定されており、反応中の反応性が高いことを示しています。TEOによるゼオライトのエチル化は、低温で発生し、表面エトキシ種、次にエテンの形成につながります。テオエトキシド経路は、初期段階でのエタノールのエテンへの脱水にもエネルギー的に好ましいことがわかりました。これは理論計算によってもサポートされています。

Zeolite-catalyzed dehydration of ethanol offers promising perspectives for the sustainable production of ethene. Complex parallel-consecutive pathways are proposed to be involved in the reaction network of ethanol dehydration on zeolites, where the initial step of ethanol dehydration is still unclear particularly for the favorable production of ethene at lower temperature. Here we report the observation of a triethyloxonium ion (TEO) in the dehydration of ethanol on zeolite H-ZSM-5 by using ex situ and in situ solid-state NMR spectroscopy. TEO is identified as a stable surface species on the working catalyst, which shows high reactivity during reaction. Ethylation of the zeolite by TEO occurs at lower temperature, leading to the formation of surface ethoxy species and then ethene. The TEO-ethoxide pathway is found to be energetically preferable for the dehydration of ethanol to ethene in the initial stage, which is also supported by theoretical calculations.