4月10日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）以“A self-regenerating Pt/Ge-MFI zeolite for propane dehydrogenation with high endurance”為題，在線發(fā)表了由清源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室鮑曉軍教授、朱海波教授團(tuán)隊(duì)（能源與催化科研團(tuán)隊(duì)）取得的“丙烷脫氫催化劑”領(lǐng)域重大研究進(jìn)展。
該成果由清源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室與福州大學(xué)、中石化（上海）石油化工研究院有限公司、上海高等研究院（上海光源）等單位合作完成，清源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為論文的共同通訊作者單位和共同第一作者單位。
清源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室能源與催化科研團(tuán)隊(duì)的鮑曉軍教授、朱海波教授為該論文的通訊作者，清源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室-福州大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生洪惠真為該論文的第一作者，清源創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室博士后徐志康為該論文的共同第一作者。
一、成果速覽
頁巖氣革命和“雙碳”戰(zhàn)略推動(dòng)了丙烷脫氫（PDH）技術(shù)的迅猛發(fā)展，使其成為定向生產(chǎn)丙烯的主流路線。負(fù)載型Pt團(tuán)簇是PDH技術(shù)的主要催化劑。然而，Pt團(tuán)簇在苛刻服役工況下極易發(fā)生燒結(jié)失活，為此工業(yè)上必須頻繁地在氧、氯混合氣氛中通過氯誘導(dǎo)Pt顆粒再分散，同時(shí)燒除積炭，以恢復(fù)其催化活性。這不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備腐蝕和含氯污染物生成，還會(huì)產(chǎn)生大量的碳排放。因此，創(chuàng)制無氯條件下自再生的Pt基催化劑，一直是催化科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注的重大課題。
能源與催化科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，Ge-分子篩負(fù)載的Pt催化劑具有獨(dú)特的環(huán)境適應(yīng)能力：在PDH反應(yīng)的還原氣氛中，Pt1單原子組裝為Pt8團(tuán)簇；而在高溫氧化氣氛中，Pt8團(tuán)簇又可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)镻t1單原子。研究進(jìn)一步表明，Ge-分子篩在氧化氣氛中具有奇特的“捕獲”Pt的能力，被捕獲的Pt在Ge-分子篩上發(fā)生逆Ostwald熟化，進(jìn)而自發(fā)分散成Pt1單原子。
科研團(tuán)隊(duì)據(jù)此提出了一種簡單、高效的PDH催化劑制備方法，即對Ge-分子篩與Pt的任意前驅(qū)體（包括金屬Pt粉、H2PtCl6鹽）混合物進(jìn)行高溫處理，即可制備出高耐久性、自再生的Pt/Ge-分子篩PDH催化劑。該催化劑在“脫氫反應(yīng)-燒炭再生”循環(huán)中表現(xiàn)出“Pt8團(tuán)簇? Pt1單原子”動(dòng)態(tài)可逆轉(zhuǎn)化。尤為重要的是，其在800 °C氧化環(huán)境中連續(xù)處理長達(dá)10天后催化劑孔道內(nèi)的Pt物種依然保持穩(wěn)定，首次實(shí)現(xiàn)了在無氯氧化氣氛中超百次的完全再生。
圖 Pt/Ge-分子篩在丙烷脫氫反應(yīng)中的超百次完全再生（上圖）、自發(fā)分散制備和自我再生機(jī)理（下圖）
該研究成果不僅為烷烴脫氫Pt催化劑的設(shè)計(jì)和制備提供了科學(xué)理論，還為高溫抗燒結(jié)金屬團(tuán)簇催化劑的研發(fā)開辟了新途徑。
二、原文信息
Huizhen Hong?, Zhikang Xu?, Bingbao Mei?, Wende Hu?, Paolo Fornasiero, Chuanming Wang, Tinghai Wang, Yuanyuan Yue, Tiesen Li, Chen Yang, Qingyan Cui, Haibo Zhu*, Xiaojun Bao*, A self-regenerating Pt/Ge-MFI zeolite for propane dehydrogenation with high endurance, Science, 2025.
https://doi.org/10.1126/science.adu6907
三、團(tuán)隊(duì)及作者介紹
能源與催化科研團(tuán)隊(duì)主要從事能源催化轉(zhuǎn)化與存儲方面的研發(fā)工作，尤其在清潔汽油生產(chǎn)技術(shù)和能源化工催化材料研制方面做出了創(chuàng)新性成果。團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有30余名成員，其中國家級人才4人、省級人才2人。2020年“催化裂化汽油超深度加氫脫硫-烯烴分段調(diào)控轉(zhuǎn)化成套技術(shù)”項(xiàng)目獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)（第一排名）；2022年“以天然硅鋁礦物為原料的分子篩綠色合成方法”項(xiàng)目獲2022年度中國化工學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)“基礎(chǔ)研究成果獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)（第一排名）；2023年獲得福建省“最美科技工作者團(tuán)隊(duì)”榮譽(yù)稱號。
團(tuán)隊(duì)針對我國汽油質(zhì)量升級各階段面臨的技術(shù)難題，研發(fā)出用于國IV/V/VI汽油生產(chǎn)的三代成套技術(shù)，支撐了我國汽油質(zhì)量的持續(xù)快速升級和“大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃”的順利實(shí)施。團(tuán)隊(duì)近年來又開創(chuàng)了以天然硅鋁礦物為原料創(chuàng)制分子篩的低碳合成技術(shù)，并拓展分子篩在煙氣脫硝、低碳烷烴脫氫、VOCs處理、CO低溫燃燒、生物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化以及能源儲存領(lǐng)域的應(yīng)用。
鮑曉軍，福州大學(xué)化工學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。兼任中國化工學(xué)會(huì)理事、中國顆粒學(xué)會(huì)理事。獲2015年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、2015年中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、2020年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、2022年中國化工學(xué)會(huì)基礎(chǔ)研究成果一等獎(jiǎng)。兩次擔(dān)任973項(xiàng)目首席科學(xué)家，入選國家杰青和全國杰出專業(yè)技術(shù)人才。迄今為止，獲授權(quán)中國發(fā)明專利128件、國際專利10件；發(fā)表論文200余篇，出版著作6部。
朱海波，福州大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。2009年畢業(yè)于上海交通大學(xué)（導(dǎo)師謝在庫院士）；2009-2010年在法國CPE-LYON從事博士后（合作導(dǎo)師Jean-Marie Basset院士）；2010-2016年在沙特KAUST從事博士后、研究科學(xué)家工作。2016年入職福州大學(xué)，加入鮑曉軍教授團(tuán)隊(duì)，從事高性能催化材料、綠色催化過程的研究。先后主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目4項(xiàng)、重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題1項(xiàng)、其他項(xiàng)目3項(xiàng)。獲得福建省閩江學(xué)者、福建省“雛鷹計(jì)劃”青年拔尖人才的支持。發(fā)表論文60余篇、申請專利20余件，出版專著1部、作為參與人獲2022年度中國化工學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)“基礎(chǔ)研究成果獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)。
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