5月29日從福州大學(xué)獲悉，福州大學(xué)化工學(xué)院、氟氮化工新材料全國重點實驗室鮑曉軍教授、朱海波教授團隊聯(lián)合清源創(chuàng)新實驗室、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、上海應(yīng)用物理研究所等單位，在“丙烷脫氫催化劑”領(lǐng)域取得突破性進展。該團隊提出，通過分子篩孔道限域?qū)崿F(xiàn)鉑粒子的“擴散—聚集—自鎖”，創(chuàng)制出具有抗燒結(jié)性能的超穩(wěn)定性丙烷脫氫鉑催化劑。

          5月28日，該團隊在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表了題為《分子篩中鉑的遷移—鎖定形成高穩(wěn)定的丙烷脫氫催化劑》的研究論文。今年4月10日，該團隊在另一國際頂刊《科學(xué)》發(fā)表了丙烷脫氫無氯氧化自愈再生催化劑的相關(guān)成果。

          據(jù)介紹，丙烯是生產(chǎn)塑料、橡膠和纖維三大合成材料的重要基礎(chǔ)化工原料。丙烷脫氫技術(shù)憑借其生產(chǎn)丙烯的專屬性，已成為石化行業(yè)原料輕質(zhì)化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)路徑。截至2024年，國內(nèi)丙烷脫氫裝置的總產(chǎn)能已突破2300萬噸/年。但丙烷脫氫鉑基催化劑在高溫反應(yīng)條件下，極易發(fā)生燒結(jié)而導(dǎo)致催化劑失活，開發(fā)兼具高活性與高穩(wěn)定性的鉑基催化劑一直是丙烷脫氫技術(shù)革新面臨的重大挑戰(zhàn)。

          研究團隊研制出超穩(wěn)定的丙烷脫氫鉑基催化劑。該催化劑以純丙烷為原料，在反應(yīng)溫度為550℃、丙烷轉(zhuǎn)化率接近熱力學(xué)平衡轉(zhuǎn)化率的條件下，首次實現(xiàn)了超6個月的穩(wěn)定運行，創(chuàng)造了丙烷脫氫鉑基催化劑耐久性新紀錄。

          該研究團隊發(fā)現(xiàn)，將鉑粒子封裝在MFI分子篩的孔道中能在短期內(nèi)抑制其燒結(jié)失活；而在長期的反應(yīng)中鉑粒子將緩慢從分子篩孔內(nèi)擴散到外表面發(fā)生聚集，導(dǎo)致不可逆的失活。因而，避免鉑失活的根本途徑是防止其擴散至分子篩外表面。

           團隊進一步研究發(fā)現(xiàn)，鉑粒子的穩(wěn)定性取決于MFI分子篩b軸長度。當b軸長度小于2微米時，鉑粒子因擴散路徑較短迅速遷移到催化劑外表面，進而發(fā)生不受限的聚集形成大顆粒，導(dǎo)致催化劑不可逆失活；當b軸長度大于2微米時，擴散路徑的延長致使鉑粒子在分子篩孔道內(nèi)發(fā)生聚集而長大，長大的鉑粒子最終被孔道“卡住”并被牢固鎖定，從而可有效避免鉑粒子的聚集失活。

          基于上述發(fā)現(xiàn)，該團隊提出通過分子篩孔道限域?qū)崿F(xiàn)鉑粒子的“擴散—聚集—自鎖”，創(chuàng)制出具有抗燒結(jié)性能的超穩(wěn)定性丙烷脫氫鉑催化劑。

           據(jù)介紹，鮑曉軍、朱海波教授團隊在丙烷脫氫鉑基催化劑領(lǐng)域經(jīng)過長達8年的持續(xù)攻關(guān)，取得了系統(tǒng)性突破。相隔48天先后在國際兩大頂刊發(fā)表研究成果，分別解決了鉑基催化劑無氯氧化再生與反應(yīng)穩(wěn)定性兩大挑戰(zhàn)。該系統(tǒng)性研究成果不僅為貴金屬催化劑燒結(jié)及其無氯氧化再生這兩大催化領(lǐng)域公認難題的解決提供了新思路，也為革新丙烷脫氫技術(shù)開辟了新途徑。

          該項研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和福建省“雛鷹計劃”等的資助。