來(lái)源：北海道大學(xué)（Hokkaido University）

一組日本科學(xué)家開(kāi)發(fā)出一種超穩定、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(guò)600°C，也不會(huì )失活。

丙烯是塑料、合成橡膠、表面活性劑、染料和醫藥的重要原料。近年來(lái)，對用更便宜的頁(yè)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℃以上的反應溫度，但在這些苛刻的條件下，由于碳沉積和/或燒結，嚴重的催化劑失活是不可避免的。因此，在實(shí)際應用中，催化劑必須連續再生或短周期再生，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)研究了具有獨特性質(zhì)和結構的鉑（Pt）和鎵（Ga）的金屬間化合物（PtGa）。PtGa具有較高的熱穩定性，即使在高溫下其結構也不會(huì )發(fā)生變化。它的表面有兩種催化位點(diǎn)：一種是含有三個(gè)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，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(kāi)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，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(kāi)發(fā)的PtGa-Pb/SiO₂催化劑是以二氧化硅為載體，通過(guò)在PtGa表面添加鉛（Pb）制備而成，在600℃下丙烷脫氫時(shí)，催化劑沒(méi)有失活，反應開(kāi)始后96小時(shí)保持30%的初始轉化率，比傳統催化劑穩定得多催化劑。丙烯選擇性高達99.6%，副反應少，包括積碳。結果表明，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(lèi)催化劑使用壽命的兩倍多。此外，該催化劑的生產(chǎn)成本與傳統催化劑一樣低。他們的結構分析證實(shí)了Pt₃位點(diǎn)，而不是Pt₁位點(diǎn)，如他們所預期的那樣，被鉛覆蓋和破壞。

Furukawa說(shuō)：“我們的發(fā)現可能會(huì )導致一種更高效、更廉價(jià)的工業(yè)流程，無(wú)需催化劑再生就可以從丙烷中生產(chǎn)丙烯，這在選擇性和穩定性方面遠遠優(yōu)于傳統工藝。此外，該方法還可用于乙烷、異丁烷等低碳烷烴的脫氫反應，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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