我国学者和海外合作者在丙烷无氧脱氢催化剂研究方面取得进展

　　

图1 ZnO-S-1以及商业K-CrO_x/Al₂O₃类似催化剂的丙烷脱氢/氧化再生催化性能，(a)  转化率；(b) 时空收率；(c) ZnO-分子筛的丙烯生成速率；(d) ZnO-金属氧化物的丙烯生成速率

　　在国家自然科学基金项目（批准号：21961132026、21878331、91645108、21903049和U1510103）等的资助下，中国石油大学（北京）姜桂元教授团队联合德国莱布尼兹催化研究所Evgenii V. Kondratenko教授团队和焦海军教授团队、山西大学及德国卡尔斯鲁厄理工学院等科研机构合作者，在丙烷无氧脱氢催化剂研究方面取得进展。研究结果以“原位形成ZnO_x物种用于丙烷高效脱氢（In situ formation of ZnO_x species for efficient propane dehydrogenation）”为题，于2021年11月10日在《自然》(Nature)在线发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03923-3。

　　丙烯是基本的有机化工原料，近年来供需缺口不断加大。随着页岩气开采技术发展、资源高效利用及能源高质量发展的需求驱动，丙烷无氧脱氢（PDH）制丙烯技术成为填补丙烯供需缺口的一种重要途径。目前商业化的PDH催化剂是K-CrO_x/Al₂O₃和Pt-Sn/Al₂O₃， 但Cr毒性高、Pt价格昂贵，限制了其进一步应用。研发价格低廉、环境友好的高效非贵金属基替代催化剂并揭示其催化作用机制至关重要且迫在眉睫。

　　针对上述问题，研究人员采用简单的机械混合—原位氢气还原处理方法，成功地在Silicalite-1(S-1)上合成了双核Zn-oxo物种。在还原性条件下，低配位双核Zn-oxo物种是丙烷脱氢的活性位。在400个小时的反应测试中，催化剂展现了优异的催化性能，与商业K-CrOx/Al₂O₃类似催化剂相当的丙烯选择性条件下，该催化剂的丙烯时空收率是K-CrO_x/Al₂O₃的3倍左右（图1a，b）。该催化剂的制备方法还可以拓展至富含羟基窝的其它类型分子筛以及富含羟基的金属氧化物中（图1c，d），表现出良好的应用前景。该研究基于分子筛羟基窝和原位预处理/反应构筑高效非贵金属基催化剂，从分子层次阐明丙烷脱氢活性位的形成与作用机制，为高效催化剂理性设计提供了新思路。