記者日前從廈門大學獲悉，該校化學化工學院、固體表面物理化學國家重點實驗室王野教授、傅鋼教授和上海光源姜政研究員（現(xiàn)中國科學技術(shù)大學教授）團隊，創(chuàng)制出烷烴脫氫壽命超過5500小時的超高穩(wěn)定性In/Rh@S-1催化劑，相關(guān)研究成果發(fā)表在3月1日出版的全球頂級學術(shù)刊物《科學》上。

　　低碳烯烴是合成纖維、橡膠、塑料等諸多大宗化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料，全球年需求量超過3億噸。然而，作為工業(yè)制烯烴的重要手段，烷烴直接脫氫這一商業(yè)技術(shù)卻主要掌握在國外公司手里。因此，創(chuàng)制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的超高穩(wěn)定性催化劑，開發(fā)新一代烷烴直接脫氫技術(shù)并推進其產(chǎn)業(yè)化尤為關(guān)鍵。

　　目前，商業(yè)化的鉑（Pt）基和鉻（Cr）基烷烴脫氫催化劑在苛刻的高溫條件下面臨易燒結(jié)、易積碳、催化劑需頻繁再生并因此帶來高能耗、高排放等一系列問題。如何構(gòu)筑在高溫苛刻反應條件下穩(wěn)定，且兼具高活性和高選擇性的金屬催化劑，是催化領(lǐng)域公認的重大挑戰(zhàn)。

　　近年來，國內(nèi)外學者在提升丙烷脫氫催化劑的穩(wěn)定性方面已取得重要進展，但因高溫下金屬元素的遷移導致性能不穩(wěn)定，難以在近工業(yè)條件下實現(xiàn)500小時以上的連續(xù)穩(wěn)定運行。

　　王野團隊另辟蹊徑，提出“原位動態(tài)構(gòu)建活性位”的概念。即利用金屬銦的親氧性和動態(tài)遷移的特點，設(shè)計了反應條件下活性位動態(tài)形成的且高度穩(wěn)定的In/Rh@S-1催化劑。

　　“過去，烷烴脫氫催化劑穩(wěn)定性差，需頻繁燒炭再生。新型催化劑可有效規(guī)避積碳生成，無需像商用烷烴脫氫工藝須額外添加氫氣以抑制積碳，也無需通過空氣燒焦頻繁再生，過程更簡便、更綠色。”王野介紹道，研究團隊以純丙烷為反應原料進行實驗驗證，發(fā)現(xiàn)該催化劑在550℃的近工業(yè)反應條件下連續(xù)測試長達5500小時，活性和選擇性均保持穩(wěn)定，同時副產(chǎn)氫氣。在600℃的條件且高丙烷轉(zhuǎn)化率超過60%的情況下，該催化劑可連續(xù)穩(wěn)定運行1200小時以上。

　　不僅如此，研究團隊還發(fā)現(xiàn)單原子銠（Rh）表現(xiàn)出非常優(yōu)異的C-H鍵活化性能，基于貴金屬質(zhì)量的丙烯生成速率比現(xiàn)有的鉑基催化劑高1~2個數(shù)量級。該工作開辟了鉑基和鉻基以外的無需頻繁再生的烷烴脫氫新催化劑體系，有望開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的化工清潔生產(chǎn)技術(shù)，助力實現(xiàn)碳中和目標。

　　“目前，我們團隊已申請和獲得多項中國發(fā)明專利，正在開展催化劑放大實驗。我們將與相關(guān)能源化工企業(yè)開展密切合作，全力推進該原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究成果走向產(chǎn)業(yè)化。”王野說。（記者 黃鑫 通訊員 歐陽桂蓮）