厦大团队创制出超高稳定性催化剂

来源:福建日报 2024-03-04 10:48 http://www.mnw.cn/

　　记者日前从厦门大学获悉，该校化学化工学院、固体表面物理化学国家重点实验室王野教授、傅钢教授和上海光源姜政研究员（现中国科学技术大学教授）团队，创制出烷烃脱氢寿命超过5500小时的超高稳定性In/Rh@S-1催化剂，相关研究成果发表在3月1日出版的全球顶级学术刊物《科学》上。

　　低碳烯烃是合成纤维、橡胶、塑料等诸多大宗化工产品的基础原料，全球年需求量超过3亿吨。然而，作为工业制烯烃的重要手段，烷烃直接脱氢这一商业技术却主要掌握在国外公司手里。因此，创制具有自主知识产权的超高稳定性催化剂，开发新一代烷烃直接脱氢技术并推进其产业化尤为关键。

　　目前，商业化的铂（Pt）基和铬（Cr）基烷烃脱氢催化剂在苛刻的高温条件下面临易烧结、易积碳、催化剂需频繁再生并因此带来高能耗、高排放等一系列问题。如何构筑在高温苛刻反应条件下稳定，且兼具高活性和高选择性的金属催化剂，是催化领域公认的重大挑战。

　　近年来，国内外学者在提升丙烷脱氢催化剂的稳定性方面已取得重要进展，但因高温下金属元素的迁移导致性能不稳定，难以在近工业条件下实现500小时以上的连续稳定运行。

　　王野团队另辟蹊径，提出“原位动态构建活性位”的概念。即利用金属铟的亲氧性和动态迁移的特点，设计了反应条件下活性位动态形成的且高度稳定的In/Rh@S-1催化剂。

　　“过去，烷烃脱氢催化剂稳定性差，需频繁烧炭再生。新型催化剂可有效规避积碳生成，无需像商用烷烃脱氢工艺须额外添加氢气以抑制积碳，也无需通过空气烧焦频繁再生，过程更简便、更绿色。”王野介绍道，研究团队以纯丙烷为反应原料进行实验验证，发现该催化剂在550℃的近工业反应条件下连续测试长达5500小时，活性和选择性均保持稳定，同时副产氢气。在600℃的条件且高丙烷转化率超过60%的情况下，该催化剂可连续稳定运行1200小时以上。

　　不仅如此，研究团队还发现单原子铑（Rh）表现出非常优异的C-H键活化性能，基于贵金属质量的丙烯生成速率比现有的铂基催化剂高1~2个数量级。该工作开辟了铂基和铬基以外的无需频繁再生的烷烃脱氢新催化剂体系，有望开发具有自主知识产权的化工清洁生产技术，助力实现碳中和目标。

　　“目前，我们团队已申请和获得多项中国发明专利，正在开展催化剂放大实验。我们将与相关能源化工企业开展密切合作，全力推进该原创性基础研究成果走向产业化。”王野说。（福建日报记者黄鑫通讯员欧阳桂莲）

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责任编辑：方迪