新型选择性催化剂可实现丙烷脱氢
一组日本科学家研制出了一种超稳定的选择性催化剂，可以使丙烷脱氢，即使在超过600摄氏度的温度下也不会失活 。脱氢是生产关键石化物质丙烯的必要过程 。
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在新开发的催化剂（PtGa-Pb / SiO2）的表面上，Pt1位保持暴露以促进催化反应，而三角形显示的Pt3位（和Ga3位）被Pb阻挡 。图片来源：Yuki Nakaya等人，Nature Communications
研究背景丙烯是塑料、合成橡胶、表面活性剂、染料和药品的重要原料 。近年来，对由页岩制造的丙烷生产的丙烯的需求不断增加 。
要获得足够的丙烯产率，需要超过600摄氏度的反应温度，但在如此恶劣的条件下，由于积碳和/或烧结，严重的催化剂失活是不可避免的 。因此，实际使用的催化剂必须连续或在短周期内再生，这使得这个过程效率低且成本高 。
现阶段研究状况在目前的研究中，包括北海道大学催化研究所的硕士学生Yuki Nakaya和副教授Shinya Furukawa在内的研究小组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，即使在高温下结构也不会改变 。已知其表面有两种催化位点：一种是三个Pt原子的位点(Pt3位点)，另一种是单原子分离的Pt位点(Pt1位点) 。
【新型选择性催化剂可实现丙烷脱氢】研究小组假设，如果Pt3位点(除了产生丙烯外，Pt3还促进碳沉积)被关闭，只允许Pt1位点发挥作用，催化剂将具有超稳定性，也能够防止碳沉积 。本小组尝试了各种金属和催化剂合成方法，只保留了Pt1的位点功能 。
研究结果及意义新开发的催化剂(PtGa-Pb /二氧化硅)，通过添加铅(Pb) PtGa表面,展品没有失活使脱氢丙烷600度c催化剂时保持最初的转化率为30%反应开始后的96小时，比传统催化剂更稳定 。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摄氏度或更高的温度下具有世界上最好的性能 。特别是它的使用寿命是之前报道的催化剂使用寿命的两倍多 。
此外，这种催化剂的生产成本与传统催化剂一样低 。他们的结构分析证实，Pb覆盖了Pt3位点，而不是Pt1位点 。
Furukawa说:“我们的发现可能会导致一种更有效、更廉价的工业工艺，即不需要催化剂再生就能从丙烷中生产丙烯，这种工艺在选择性和稳定性方面都比传统工艺优越得多 。”此外，该方法还可应用于乙烷、异丁烷等其他低烷烃的脱氢，对石化工业的发展有一定的促进作用 。
文章来源：phys.org
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