福州大學化工學院、氟氮化工新材料全國重點實驗室鮑曉軍教授、朱海波教授團隊聯合清源創新實驗室、中國科學院大連化學物理研究所、上海應用物理研究所等單位，在“丙烷脫氫催化劑”領域又取得突破性進展。5月28日在Nature上以“加速預覽（Accelerated Article Preview）”的形式發表了題為“Pt migration-lockup in zeolite for stable propane dehydrogenation catalyst”（《分子篩中鉑的遷移-鎖定形成高穩定的丙烷脫氫催化劑》）的研究論文。這是該團隊繼4月10日在Science上發表丙烷脫氫無氯氧化自愈再生催化劑的成果后，時隔48天，再次在國際頂刊發文。
丙烯是生產塑料、橡膠和纖維三大合成材料的重要基礎化工原料。丙烷脫氫技術憑借其生產丙烯的專屬性，已成為石化行業原料輕質化轉型的核心技術路徑。截至2024年，國內丙烷脫氫裝置的總產能已突破2300萬噸/年。丙烷脫氫鉑基催化劑在高溫反應條件下極易發生燒結而導致催化劑失活，開發兼具高活性與高穩定性的鉑基催化劑一直是丙烷脫氫技術革新面臨的重大挑戰。研究團隊研制出超穩定的丙烷脫氫鉑基催化劑。該催化劑以純丙烷為原料，在反應溫度為550℃、丙烷轉化率接近熱力學平衡轉化率的條件下，首次實現了超6個月的穩定運行，創造了丙烷脫氫鉑基催化劑耐久性新紀錄。
該研究團隊發現，將鉑粒子封裝在MFI分子篩的孔道中能在短期內抑制其燒結失活；而在長期的反應中鉑粒子將緩慢從分子篩孔內擴散到外表面發生聚集，導致不可逆的失活。因而，避免鉑失活的根本途徑是防止其擴散至分子篩外表面。團隊進一步研究發現，鉑粒子的穩定性取決于MFI分子篩b軸長度。當b軸長度小于2微米時，鉑粒子因擴散路徑較短迅速遷移到催化劑外表面，進而發生不受限的聚集形成大顆粒，導致催化劑不可逆失活；當b軸長度大于2微米時，擴散路徑的延長致使鉑粒子在分子篩孔道內發生聚集而長大，長大的鉑粒子最終被孔道“卡住”并被牢固鎖定，從而可有效避免鉑粒子的聚集失活。基于上述發現，該團隊提出通過分子篩孔道限域實現鉑粒子的“擴散-聚集-自鎖”，創制出具有抗燒結性能的超穩定性丙烷脫氫鉑催化劑。
Pt物種的“擴散-聚集-自鎖”形成超6個月穩定的鉑基催化劑。
鮑曉軍、朱海波教授團隊在丙烷脫氫鉑基催化劑領域經過長達8年的持續攻關，取得了系統性突破。相隔48天先后在國際頂刊Science和Nature上發表研究論文，分別解決了鉑基催化劑無氯氧化再生與反應穩定性兩大挑戰。該系統性研究成果不僅為貴金屬催化劑燒結及其無氯氧化再生這兩大催化領域公認難題的解決提供了新思路，也為革新丙烷脫氫技術開辟了新途徑。該項研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和福建省“雛鷹計劃”等的資助。
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