科学家实现催化剂在无氯条件下完全再生

福州大学教授鲍晓军、朱海波团队和合作单位开发了一种丙烷脱氢丙烯催化剂，具有高耐久性、自再生性和自修复性，完成了无氯环境下催化剂的完全再生，为解决当前再生过程中大量氯污染物和反应器腐蚀的问题提供了解决方案。4月10日，相关研究成果在科学网上发表。

丙烯是塑料、合成橡胶和人造纤维制造“三种复合材料”的重要基础材料。铂基催化剂是丙烷脱氢技术的两种催化剂之一，但在600度的高温反应中容易发生积碳和煅烧失活。在工业上，当催化剂在氧化气氛中燃烧碳并再生时，为了恢复其催化活性，需要引入强腐蚀性和剧毒性的氢气，这不仅会导致设备腐蚀，还会导致氯污染排放。因此，丙烷脱氢技术领域面临的一个重大挑战是开发一种可再生的无氯环境铂基催化剂。

研究团队提出了一个创新的想法——“无氯氧化再生”，即完全用氧气烘焙代替传统的氧气-氯气氛再生，从根本上防止氯腐蚀和环境污染风险。为了实现这一理念，研究团队设计并合成了一种含锗分子筛Ge-MFI，分子筛中的锗就像是在催化剂中为贵金属铂安装了一个“锚”，然后在苛刻的反应——再生的“风浪”中屹立不倒。

在过去的六年里，研究团队进行了大量的实验，并准备了数千种催化剂进行验证。最后，发现分子筛中的锗是“引导”铂的最佳选择。在高温反应条件下和氧气碳燃烧再生过程中，锗能牢牢引导铂，保持铂的稳定性，完全抑制铂的煅烧。

更神奇的是，锗还有“吸星大法”：一旦遇到白金，它就会像磁铁一样牢牢地吸收白金。基于这一发现，研究团队提出了一个简单高效的催化剂制备过程：随机前进的锗分子筛和铂(包括金属PT粉)H?PtCl?盐)当混合物在高温下处理时，铂会在分子筛中自发扩散，最终“引导”到锗位点，最终制备出性能稳定的丙烷脱氢催化剂。

该催化剂具有优异的脱氢活性、耐煅烧性和循环可再生性，在无氯氧化气氛下首次实现110次完全再生，其再生性能明显优于目前报告的铂基催化剂。深入的机制研究发现，“Pt8簇”在“脱氢反应-烧炭再生”的循环中表现出来? Pt1单原子动态可逆转换。

据悉，这一突破性成果不仅为解决工业金属催化剂在恶劣环境下生存的问题提供了全新有效的“自我修复”策略，特别是为新一代超稳定丙烷脱氢催化剂的开发带来了新的思路和技术路径。