來源：北海道大學（Hokkaido University）

一組日本科學家開發出一種超穩定、選擇性的催化劑，用于丙烷脫氫，這是生產丙烯關鍵石化物質的必要工藝，即使溫度超過600°C，也不會失活。

丙烯是塑料、合成橡膠、表面活性劑、染料和醫藥的重要原料。近年來，對用更便宜的頁巖制丙烷生產丙烯的需求不斷增加。要獲得足夠的丙烯產率，需要600℃以上的反應溫度，但在這些苛刻的條件下，由于碳沉積和/或燒結，嚴重的催化劑失活是不可避免的。因此，在實際應用中，催化劑必須連續再生或短周期再生，這使得該工藝效率低、成本高。

在本研究中，研究小組，包括北海道大學催化研究所的碩士生 Yuki Nakaya 和副教授 Shinya Furukawa，重點研究了具有獨特性質和結構的鉑（Pt）和鎵（Ga）的金屬間化合物（PtGa）。PtGa具有較高的熱穩定性，即使在高溫下其結構也不會發生變化。它的表面有兩種催化位點：一種是含有三個Pt原子的位點（Pt₃位點），另一種是含有單原子樣的孤立Pt（Pt₁位點）。

研究小組假設，如果除了生產丙烯之外，還有助于碳沉積的Pt₃位點被禁用，只允許Pt₁位點發揮作用，那么催化劑將是超穩定的，并且也能夠防止碳沉積。該小組嘗試了各種金屬和催化劑的合成方法，只使Pt₁位的功能。

在新開發的催化劑（PtGa-Pb/SiO₂）表面上，Pt₁位點保持暴露以促進催化反應，而用Pb封閉了以三角形顯示的Pt₃位點（和Ga₃位點）。（Yuki Nakaya等人，《自然通訊》，2020年6月5日）

新開發的PtGa-Pb/SiO₂催化劑是以二氧化硅為載體，通過在PtGa表面添加鉛（Pb）制備而成，在600℃下丙烷脫氫時，催化劑沒有失活，反應開始后96小時保持30%的初始轉化率，比傳統催化劑穩定得多催化劑。丙烯選擇性高達99.6%，副反應少，包括積碳。結果表明，該催化劑在580℃或更高的溫度下具有世界上最好的性能。特別是，它的使用壽命是此前報道的此類催化劑使用壽命的兩倍多。此外，該催化劑的生產成本與傳統催化劑一樣低。他們的結構分析證實了Pt₃位點，而不是Pt₁位點，如他們所預期的那樣，被鉛覆蓋和破壞。

Furukawa說：“我們的發現可能會導致一種更高效、更廉價的工業流程，無需催化劑再生就可以從丙烷中生產丙烯，這在選擇性和穩定性方面遠遠優于傳統工藝。此外，該方法還可用于乙烷、異丁烷等低碳烷烴的脫氫反應，有助于石化工業的發展”。

原文地址：https://www.global.hokudai.ac.jp/blog/ultrastable-selective-catalyst-for-propane-dehydrogenation-developed/

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