3月28日獲悉，天津大學新能源化工團隊成功打破傳統(tǒng)實驗“試錯法”局限，取得了開發(fā)重要化工催化材料的新進展。該團隊通過合金催化劑“孤立度”描述符的構建，只需向程序輸入催化劑結構參數(shù)，就能實現(xiàn)烷烴脫氫催化劑“一鍵篩選”。
丙烯是全球產(chǎn)量最高、應用最廣的基礎化工原料之一，在工業(yè)生產(chǎn)中作用巨大，是制造塑料、合成橡膠和合成纖維“三大合成材料”的基本原料，在紡織、制藥、醫(yī)療等領域有重要價值。丙烷脫氫法是目前市場占有率增長最快、極具前景的丙烯生產(chǎn)技術之一。然而，我國現(xiàn)有的丙烷脫氫工藝主要依賴高價進口的成熟工藝包，作為工藝核心的催化劑被發(fā)達國家牢牢把持。缺乏自主知識產(chǎn)權的丙烷脫氫催化劑成為國內化工業(yè)的短板弱項。
據(jù)介紹，傳統(tǒng)丙烯生產(chǎn)工藝采用實驗“試錯法”研發(fā)催化劑，往往需要數(shù)月甚至數(shù)年時間，消耗大量人力物力財力。通常，采用“試錯法”得到的催化劑結構、組成較為復雜，導致催化劑—反應性能的構效關系難以明確。這也成為催化劑開發(fā)創(chuàng)新的“屏障”。近年來提出的基于“單位點”催化劑的概念實現(xiàn)催化劑電子、幾何結構的可控調控與制備，是催化領域的長期追求目標。
天津大學該團隊以“實踐論”為指導，提出了“催化微環(huán)境預測催化性能”的方法。他們創(chuàng)新算法，借助計算機程序發(fā)現(xiàn)了烷烴脫氫“單位點”合金催化劑的設計新途徑，只需獲得催化劑的電子、幾何結構參數(shù)“孤立度”，就能描述出烯烴選擇性等性能，從而加速遴選性能優(yōu)異的催化劑材料。基于該方法，該團隊研發(fā)的新型鉑基催化劑貴金屬用量降低超60%，可大幅節(jié)約生產(chǎn)成本，提升催化劑的市場競爭力。進一步的實驗證明，新型催化劑的丙烯選擇性優(yōu)于國際同類產(chǎn)品，在長程穩(wěn)定性和再生循環(huán)測試中也保持穩(wěn)定。
近年來，天津大學新能源化工團隊探索形成了“催化劑理性設計—精準構筑—應用引領”的研究范例，建立了相對完整的具有自主知識產(chǎn)權的新型高效丙烷脫氫催化劑的專利體系?！拔覀冋谂c行業(yè)領軍企業(yè)合作開展催化劑工程制備與工藝放大研究，實現(xiàn)新型丙烷脫氫成型催化劑的工程制備，加速突破國外催化劑技術壟斷?！痹搱F隊成員、天津大學化工學院博士生常鑫介紹說，“這項研究是化工、化學、材料、物理、數(shù)學等學科交叉的結果，將為相關領域催化劑設計和催化過程解析提供新思路，對加快工業(yè)催化劑創(chuàng)新開發(fā)具有重要意義?！?/span>
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