超稳定的催化剂可能导致丙烷更高效，更便宜地生产丙烯

时间：2021-09-20 11:52:07 来源：

在新开发的催化剂（PtGa-Pb / SiO2）的表面上，Pt1部位保持暴露以促进催化反应，而三角形显示的Pt3部位（和Ga3部位）被Pb阻挡。（Yuki Nakaya等人，《自然通讯》，2020年6月5日）。

一组日本科学家开发了一种超稳定的，选择性的催化剂，即使在600℃以上的温度下，丙烷也可在不失活的情况下进行脱氢，而丙烷是生产关键的石油化学物质丙烯的必不可少的过程。°

丙烯是塑料，合成橡胶，表面活性剂，染料和药物的重要原料。近年来，对由廉价的页岩起源的丙烷生产的丙烯的需求不断增加。为了获得足够的丙烯收率，°必须超过600℃的反应温度，但是在这些苛刻的条件下，由于碳的沉积和/或烧结，严重的催化剂失活是不可避免的。因此，实际使用中的催化剂必须连续或短周期地再生，从而使该方法效率低下且成本高昂。

在本研究中，该小组的成员包括北海道大学催化研究所的研究生Nakaaya Yuki和副教授Shinkawa Furukawa，重点研究了具有独特性质和结构的铂（Pt）和镓（Ga）的金属间化合物（PtGa）。。PtGa具有很高的热稳定性，即使在高温下其结构也不会改变。还已知在其表面上有两种催化位点：一个具有三个Pt原子的位点（Pt3位点）和一个具有单原子状孤立Pt的位点（Pt1位点）。

研究小组的中纪由纪（Yuki Nakaya）和古川真也（Shinya Furukawa）（右）。

该小组假设，如果禁用Pt3位点（除了会产生丙烯，还有助于碳沉积），仅允许Pt1位点起作用，该催化剂将是超稳定的，并且还可以防止碳沉积。该小组尝试了各种金属和催化剂合成方法，仅使Pt1位点起作用。

新开发的催化剂（PtGa-Pb / SiO2）是二氧化硅负载的，通过在PtGa的表面添加铅（Pb）制成，在600℃下对丙烷进行脱氢处理时不会失活。°反应开始后，催化剂在96小时内保持30％的初始转化率，这比常规催化剂要稳定得多。丙烯选择性高达99.6％，几乎没有副反应，包括碳沉积。结果表明，该催化剂在580℃或更高的温度下具有世界上最好°的性能。特别是，其寿命是以前报道的此类催化剂寿命的两倍以上。此外，该催化剂可以与常规催化剂一样便宜地生产。他们的结构分析证实，Pt3位点（而不是Pt1位点）被Pb覆盖并被禁用，正如他们所期望的那样。

Furukawa说：“我们的发现可能会导致从丙烷生产丙烯而无需催化剂再生的工业生产方法更高效，更便宜-选择性和稳定性远胜于传统方法。”“此外，该方法可能适用于其他低级烷烃（如乙烷和异丁烷）的脱氢，从而为石化工业的发展做出了贡献。”

参考：《自然通讯》，2020年6月5日，中纪由纪，平山淳，山地诚治，清水贤一和古河慎也撰写的“金属间化合物中的单原子铂作为丙烷脱氢的超稳定选择性催化剂”，DOI：
10.1038 / s41467-020-16693-9

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