福州大学化工学院、氟氮化工新材料全国重点实验室鲍晓军教授、朱海波教授团队联合清源创新实验室、中国科学院大连化学物理研究所、上海应用物理研究所等单位，在“丙烷脱氢催化剂”领域又取得突破性进展，5月28日在Nature上以“加速预览（Accelerated Article Preview）”的形式发表了题为“Pt migration-lockup in zeolite for stable propane dehydrogenation catalyst”（《分子筛中铂的迁移-锁定形成高稳定的丙烷脱氢催化剂》）的研究论文。福州大学为该论文的第一完成单位。福州大学博士研究生徐志康（现为清源创新实验室特聘研究员）为论文第一作者，中国科学院大连化学物理研究所高铭滨、上海应用物理研究所韦尧为论文共同第一作者。福州大学鲍晓军教授、朱海波教授，中国科学院大连化学物理研究所叶茂研究员为通讯作者。这是该团队继4月10日在Science上发表丙烷脱氢无氯氧化自愈再生催化剂的成果后，时隔48天，再次在国际顶刊发文。
丙烯是生产塑料、橡胶和纤维三大合成材料的重要基础化工原料。丙烷脱氢技术凭借其生产丙烯的专属性，已成为石化行业原料轻质化转型的核心技术路径。截至2024年，国内丙烷脱氢装置的总产能已突破2300万吨/年。丙烷脱氢铂基催化剂在高温反应条件下极易发生烧结而导致催化剂失活，开发兼具高活性与高稳定性的铂基催化剂一直是丙烷脱氢技术革新面临的重大挑战。研究团队研制出超稳定的丙烷脱氢铂基催化剂。该催化剂以纯丙烷为原料，在反应温度为550℃、丙烷转化率接近热力学平衡转化率的条件下，首次实现了超6个月的稳定运行，创造了丙烷脱氢铂基催化剂耐久性新纪录。
该研究团队发现，将铂粒子封装在MFI分子筛的孔道中能在短期内抑制其烧结失活；而在长期的反应中铂粒子将缓慢从分子筛孔内扩散到外表面发生聚集，导致不可逆的失活。因而，避免铂失活的根本途径是防止其扩散至分子筛外表面。团队进一步研究发现，铂粒子的稳定性取决于MFI分子筛b轴长度。当b轴长度小于2微米时，铂粒子因扩散路径较短迅速迁移到催化剂外表面，进而发生不受限的聚集形成大颗粒，导致催化剂不可逆失活；当b轴长度大于2微米时，扩散路径的延长致使铂粒子在分子筛孔道内发生聚集而长大，长大的铂粒子最终被孔道“卡住”并被牢固锁定，从而可有效避免铂粒子的聚集失活。基于上述发现，该团队提出通过分子筛孔道限域实现铂粒子的“扩散-聚集-自锁”，创制出具有抗烧结性能的超稳定性丙烷脱氢铂催化剂。
Pt物种的“扩散-聚集-自锁”
形成超6个月稳定的铂基催化剂
鲍晓军、朱海波教授团队在丙烷脱氢铂基催化剂领域经过长达8年的持续攻关，取得了系统性突破。相隔48天先后在国际顶刊Science和Nature上发表研究论文，分别解决了铂基催化剂无氯氧化再生与反应稳定性两大挑战。该系统性研究成果不仅为贵金属催化剂烧结及其无氯氧化再生这两大催化领域公认难题的解决提供了新思路，也为革新丙烷脱氢技术开辟了新途径。该项研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和福建省“雏鹰计划”等的资助。
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