- Science：破解 PDH 制丙烯催化劑再生難題
- 發(fā)布日期：2025-04-15
福州大學(xué)化工學(xué)院、氟氮化工新材料全國重點(diǎn)實驗室鮑曉軍教授、朱海波教授團(tuán)隊聯(lián)合清源創(chuàng)新實驗室、中石化（上海）石油化工研究院有限公司、上海高等研究院（上海光源）等單位在“丙烷脫氫催化劑”研究方面取得重大進(jìn)展，于2025年4月11日以“FirstRelease”形式在世界頂級學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了題為“A self-regenerating Pt/Ge-MFI zeolite for propane dehydrogenation with high endurance”的研究論文（doi:10.1126/science.adu6907）。福州大學(xué)博士研究生洪惠真為該篇論文第一作者，鮑曉軍教授、朱海波教授為通訊作者。
頁巖氣革命和“雙碳”戰(zhàn)略推動了丙烷脫氫（PDH）技術(shù)的迅猛發(fā)展，使其成為定向生產(chǎn)丙烯的主流路線。負(fù)載型Pt團(tuán)簇是PDH技術(shù)的主流催化劑。然而，Pt團(tuán)簇在苛刻服役工況下極易發(fā)生燒結(jié)失活，為此工業(yè)上必須頻繁地在氧-氯混合氣氛中通過氯誘導(dǎo)Pt顆粒再分散，同時燒除積炭，以恢復(fù)其催化活性。這不僅導(dǎo)致設(shè)備腐蝕和含氯污染物生成，還會產(chǎn)生大量的碳排放。因此，創(chuàng)制無氯條件下可再生的Pt基催化劑，一直是催化科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注的重大課題。
該研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，Ge-分子篩負(fù)載的Pt催化劑具有獨(dú)特的環(huán)境適應(yīng)能力：在PDH反應(yīng)的還原氣氛中，Pt1單原子組裝為Pt8團(tuán)簇；而在高溫氧化氣氛中，Pt8團(tuán)簇又可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)镻t1單原子。研究進(jìn)一步表明，Ge-分子篩在氧化氣氛中具有奇特的“捕獲”Pt的能力，被捕獲的Pt在Ge-分子篩上發(fā)生逆Ostwald熟化，進(jìn)而自發(fā)分散成Pt1單原子。研究團(tuán)隊據(jù)此提出了一種簡單、高效的PDH催化劑制備方法，即將Ge-分子篩與Pt的任意前驅(qū)體（包括金屬Pt粉、H2PtCl6鹽）混合物進(jìn)行高溫處理，即可制備出高耐久性、可自再生的Pt/Ge-分子篩PDH催化劑。該催化劑在“脫氫反應(yīng)-燒炭再生”循環(huán)中表現(xiàn)出“Pt8團(tuán)簇?Pt1單原子”動態(tài)可逆轉(zhuǎn)化。尤為重要的是，其在800 °C氧化環(huán)境中連續(xù)處理長達(dá)10天后催化劑孔道內(nèi)的Pt物種依然保持穩(wěn)定，首次實現(xiàn)了在無氯氧化氣氛中超百次的完全再生。
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