写的AZoM2020年6月8日
一组日本科学家已经开发出一种超稳定、选择性的催化剂，使丙烷脱氢——这是生产丙烯的关键石化物质的关键过程——即使在超过600℃的温度下也不会失活。
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，对更便宜的页岩丙烷生产的丙烯的需求不断增加。
要获得足够的丙烯产量，需要超过600°C的反应温度，但在这种恶劣条件下，由于积碳和/或烧结，严重的催化剂失活是不可避免的。因此，催化剂在实际使用中必须连续或短周期地再生，这使得该过程效率低下且成本高昂。
在目前的研究中，包括北海道大学催化研究所的硕士研究生Yuki Nakaya和副教授Shinya Furukawa的团队专注于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。已知其表面有两种催化位点:一种具有三个Pt原子的位点(Pt3位点)，另一种具有类单原子孤立的Pt位点(Pt1位点)。
研究小组假设，如果Pt3位点(除生产丙烯外还促进碳沉积)被禁用，只允许Pt1位点发挥作用，催化剂将超稳定，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，使仅Pt1位点功能。
新研制的催化剂PtGa-Pb/SiO2)，它是由硅支撑的，通过在PtGa表面添加铅(Pb)制成，在600°C丙烷脱氢时不显示失活。反应开始96 h后，催化剂的初始转化率保持在30%，明显比传统催化剂稳定。
丙烯选择性高达99.6%，副反应极少，包括积碳。结果表明，在580℃以上的温度下，该催化剂的性能是世界上最好的。尤其值得一提的是，它的寿命是之前报告的此类催化剂寿命的两倍多。此外，这种催化剂的生产成本和传统催化剂一样低。他们的结构分析证实，与他们预期的一样，Pt3位点被Pb覆盖并被Pb破坏，而不是Pt1位点。
“我们的发现可能会导致一种更高效、更便宜的工业过程，从丙烷中生产丙烯，而不需要催化剂再生，这在选择性和稳定性上远远优于传统方法。”古说。此外，该方法还可用于乙烷、异丁烷等其他低链烷烃的脱氢，有助于石化工业的发展。
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