中石大聯(lián)合德國萊布尼茲催化研究所等科研機構(gòu)在丙烷脫氫非貴金屬基催化劑研究方面取得重要進展
發(fā)布時間:2021-11-11 | 來源：科學技術(shù)處、化學工程與環(huán)境學院 | 瀏覽量：
尋找環(huán)保經(jīng)濟的耐久性PDH催化劑，是石化工業(yè)界和學術(shù)界的重要課題。中國石油大學（北京）姜桂元教授團隊聯(lián)合國內(nèi)外合作者，在這一領(lǐng)域取得重要研究進展。
丙烯是基本的有機化工原料，近年來供需缺口不斷加大。隨著頁巖氣開采技術(shù)發(fā)展、資源高效利用及能源高質(zhì)量發(fā)展的需求驅(qū)動，特別是在雙碳背景下石油石化行業(yè)面臨的轉(zhuǎn)型升級，丙烷無氧脫氫（PDH）制丙烯技術(shù)成為填補丙烯供需缺口的一種重要途徑。目前商業(yè)化的PDH催化劑是K-CrOx/Al2O3和Pt-Sn/Al2O3，Pt價格昂貴以及Cr(VI)毒性高，限制了其進一步應(yīng)用。研發(fā)價格低廉、環(huán)境友好的高效非貴金屬基替代催化劑并揭示其催化作用機制至關(guān)重要且迫在眉睫。
針對上述問題，中國石油大學（北京）重質(zhì)油國家重點實驗室姜桂元教授團隊聯(lián)合德國萊布尼茲催化研究所Evgenii V. Kondratenko教授團隊、焦海軍教授團隊、山西大學及德國卡爾斯魯厄理工學院等科研機構(gòu)合作者，在丙烷無氧脫氫催化劑研究方面取得新進展。
ZnO-S-1以及商業(yè)K-CrOx/Al2O3類似催化劑的丙烷脫氫/氧化再生催化性能，(a) 轉(zhuǎn)化率，(b) 時空收率；(c) ZnO-分子篩的丙烯生成速率；(d) ZnO-金屬氧化物的丙烯生成速率
該工作中，研究人員采用簡單的機械混合-原位氫氣還原處理方法，成功地在Silicalite-1(S-1)上合成了雙核Zn-oxo物種。研究發(fā)現(xiàn)，在還原處理機械混合的ZnO-S-1樣品時，被還原的ZnO以Zn單質(zhì)形式遷移至S-1上并與其羥基窩發(fā)生反應(yīng)，得到雙核Zn-oxo物種。在還原性條件下，低配位雙核Zn-oxo物種是丙烷脫氫的活性位，將該催化劑應(yīng)用于丙烷無氧脫氫反應(yīng)時，在400個小時的反應(yīng)測試中，催化劑展現(xiàn)了優(yōu)異的催化性能，在與商業(yè)K-CrOx/Al2O3類似催化劑相當?shù)谋┻x擇性條件下，該催化劑的丙烯時空收率是K-CrOx/Al2O3的3倍左右（上圖(a)和(b)）。同時該催化劑的制備方法還可以拓展至富含羥基窩的其它類型分子篩以及富含羥基的金屬氧化物中（上圖(c)和(d)），表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
該研究基于分子篩羥基窩和原位預(yù)處理/反應(yīng)構(gòu)筑高效非貴金屬基催化劑，不僅從分子層次闡明丙烷脫氫活性位的形成與作用機制，還為將來高效催化劑理性設(shè)計提供了新思路。
研究結(jié)果以“In situ formation of ZnOx species for efficient propane dehydrogenation”（原位形成ZnOx物種用于丙烷高效脫氫）為題， 于2021年11月10日在《自然》(Nature)在線發(fā)表。論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03923-3
中石大博士研究生趙丹為本論文的第一作者，姜桂元教授、Evgenii V. Kondratenko教授及焦海軍教授為論文的通訊作者。研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃課題、國家留學基金委及德國科學基金會等項目支持。
（編輯 丁遠朋）
