來源：北海道大學(xué)（Hokkaido University）

一組日本科學(xué)家開發(fā)出一種超穩(wěn)定、選擇性的催化劑，用于丙烷脫氫，這是生產(chǎn)丙烯關(guān)鍵石化物質(zhì)的必要工藝，即使溫度超過600°C，也不會失活。

丙烯是塑料、合成橡膠、表面活性劑、染料和醫(yī)藥的重要原料。近年來，對用更便宜的頁巖制丙烷生產(chǎn)丙烯的需求不斷增加。要獲得足夠的丙烯產(chǎn)率，需要600℃以上的反應(yīng)溫度，但在這些苛刻的條件下，由于碳沉積和/或燒結(jié)，嚴(yán)重的催化劑失活是不可避免的。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，催化劑必須連續(xù)再生或短周期再生，這使得該工藝效率低、成本高。

在本研究中，研究小組，包括北海道大學(xué)催化研究所的碩士生 Yuki Nakaya 和副教授 Shinya Furukawa，重點(diǎn)研究了具有獨(dú)特性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的鉑（Pt）和鎵（Ga）的金屬間化合物（PtGa）。PtGa具有較高的熱穩(wěn)定性，即使在高溫下其結(jié)構(gòu)也不會發(fā)生變化。它的表面有兩種催化位點(diǎn)：一種是含有三個Pt原子的位點(diǎn)（Pt₃位點(diǎn)），另一種是含有單原子樣的孤立Pt（Pt₁位點(diǎn)）。

研究小組假設(shè)，如果除了生產(chǎn)丙烯之外，還有助于碳沉積的Pt₃位點(diǎn)被禁用，只允許Pt₁位點(diǎn)發(fā)揮作用，那么催化劑將是超穩(wěn)定的，并且也能夠防止碳沉積。該小組嘗試了各種金屬和催化劑的合成方法，只使Pt₁位的功能。

在新開發(fā)的催化劑（PtGa-Pb/SiO₂）表面上，Pt₁位點(diǎn)保持暴露以促進(jìn)催化反應(yīng)，而用Pb封閉了以三角形顯示的Pt₃位點(diǎn)（和Ga₃位點(diǎn)）。（Yuki Nakaya等人，《自然通訊》，2020年6月5日）

新開發(fā)的PtGa-Pb/SiO₂催化劑是以二氧化硅為載體，通過在PtGa表面添加鉛（Pb）制備而成，在600℃下丙烷脫氫時，催化劑沒有失活，反應(yīng)開始后96小時保持30%的初始轉(zhuǎn)化率，比傳統(tǒng)催化劑穩(wěn)定得多催化劑。丙烯選擇性高達(dá)99.6%，副反應(yīng)少，包括積碳。結(jié)果表明，該催化劑在580℃或更高的溫度下具有世界上最好的性能。特別是，它的使用壽命是此前報道的此類催化劑使用壽命的兩倍多。此外，該催化劑的生產(chǎn)成本與傳統(tǒng)催化劑一樣低。他們的結(jié)構(gòu)分析證實(shí)了Pt₃位點(diǎn)，而不是Pt₁位點(diǎn)，如他們所預(yù)期的那樣，被鉛覆蓋和破壞。

Furukawa說：“我們的發(fā)現(xiàn)可能會導(dǎo)致一種更高效、更廉價的工業(yè)流程，無需催化劑再生就可以從丙烷中生產(chǎn)丙烯，這在選擇性和穩(wěn)定性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。此外，該方法還可用于乙烷、異丁烷等低碳烷烴的脫氫反應(yīng)，有助于石化工業(yè)的發(fā)展”。

原文地址：https://www.global.hokudai.ac.jp/blog/ultrastable-selective-catalyst-for-propane-dehydrogenation-developed/

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