来源：北海道大学（Hokkaido University）

一组日本科学家开发出一种超稳定、选择性的催化剂，用于丙烷脱氢，这是生产丙烯关键石化物质的必要工艺，即使温度超过600°C，也不会失活。

丙烯是塑料、合成橡胶、表面活性剂、染料和医药的重要原料。近年来，对用更便宜的页岩制丙烷生产丙烯的需求不断增加。要获得足够的丙烯产率，需要600℃以上的反应温度，但在这些苛刻的条件下，由于碳沉积和/或烧结，严重的催化剂失活是不可避免的。因此，在实际应用中，催化剂必须连续再生或短周期再生，这使得该工艺效率低、成本高。

在本研究中，研究小组，包括北海道大学催化研究所的硕士生 Yuki Nakaya 和副教授 Shinya Furukawa，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具有较高的热稳定性，即使在高温下其结构也不会发生变化。它的表面有两种催化位点：一种是含有三个Pt原子的位点（Pt₃位点），另一种是含有单原子样的孤立Pt（Pt₁位点）。

研究小组假设，如果除了生产丙烯之外，还有助于碳沉积的Pt₃位点被禁用，只允许Pt₁位点发挥作用，那么催化剂将是超稳定的，并且也能够防止碳沉积。该小组尝试了各种金属和催化剂的合成方法，只使Pt₁位的功能。

在新开发的催化剂（PtGa-Pb/SiO₂）表面上，Pt₁位点保持暴露以促进催化反应，而用Pb封闭了以三角形显示的Pt₃位点（和Ga₃位点）。（Yuki Nakaya等人，《自然通讯》，2020年6月5日）

新开发的PtGa-Pb/SiO₂催化剂是以二氧化硅为载体，通过在PtGa表面添加铅（Pb）制备而成，在600℃下丙烷脱氢时，催化剂没有失活，反应开始后96小时保持30%的初始转化率，比传统催化剂稳定得多催化剂。丙烯选择性高达99.6%，副反应少，包括积碳。结果表明，该催化剂在580℃或更高的温度下具有世界上最好的性能。特别是，它的使用寿命是此前报道的此类催化剂使用寿命的两倍多。此外，该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了Pt₃位点，而不是Pt₁位点，如他们所预期的那样，被铅覆盖和破坏。

Furukawa说：“我们的发现可能会导致一种更高效、更廉价的工业流程，无需催化剂再生就可以从丙烷中生产丙烯，这在选择性和稳定性方面远远优于传统工艺。此外，该方法还可用于乙烷、异丁烷等低碳烷烃的脱氢反应，有助于石化工业的发展”。

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

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