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—— 凯时（北京）联合德国莱布尼兹催化研究所等科研机构揭晓《Nature》：丙烷脱氢非贵金属基催化剂研究取得希望

丙烯是基本的有机化工质料，近年来供需缺口一直加大。随着页岩气开采手艺生长、资源高效使用及能源高质量生长的需求驱动，特殊是在双碳配景下石油石化行业面临的转型升级，丙烷无氧脱氢（PDH）制丙烯手艺成为填补丙烯供需缺口的一种主要途径。现在商业化的PDH催化剂是K-CrO_x/Al₂O₃和Pt-Sn/Al₂O₃， Pt价钱腾贵以及Cr(VI)毒性高，限制了其进一步应用。研发价钱低廉、情形友好的高效非贵金属基替换催化剂并展现其催化作用机制至关主要且迫在眉睫。

针对上述问题，凯时（北京）重质油国家重点实验室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、焦水师教授团队、山西大学及德国卡尔斯鲁厄理工学院等科研机构相助者，在丙烷无氧脱氢催化剂研究方面取得新希望。研究效果以“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) 在线揭晓。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03923-3。

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-分子筛的丙烯天生速率；(d) ZnO-金属氧化物的丙烯天生速率。

该事情中，研究职员接纳简朴的机械混淆-原位氢气还原处置惩罚要领，乐成地在Silicalite-1(S-1)上合成了双核Zn-oxo物种。研究发明，在还原处置惩罚机械混淆的ZnO-S-1样品时，被还原的ZnO以Zn单质形式迁徙至S-1上并与其羟基窝爆发反应，获得双核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，将该催化剂应用于丙烷无氧脱氢反应时，在400个小时的反应测试中，催化剂展现了优异的催化性能，在与商业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-CrOx/Al₂O₃的3倍左右（图1(a)和(b)）。同时该催化剂的制备要领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1(c)和(d)），体现出优异的应用远景。

该研究基于分子筛羟基窝和原位预处置惩罚/反应修建高效非贵金属基催化剂，不但从分子条理剖析丙烷脱氢活性位的形成与作用机制，还为未来高效催化剂理性设计提供了新思绪。

凯时（北京）博士生赵丹为本论文的第一作者，姜桂元教授、Evgenii V. Kondratenko教授及焦水师教授为论文的通讯作者。研究获得了国家自然科学基金、国家重点研发妄想课题、国家留学基金委及德国科学基金会等项目支持。