美国密歇根大学的丙烷脱氢制丙烯催化剂研究获进展

近日，美国密歇根大学的研究团队开发了一种丙烷脱氢制丙烯(PDH)催化剂。该催化剂为基于SiO2负载的PtSn合金纳米粒子(粒径小于2 nm)，可在转化率67%的热力学极限条件下进行PDH反应，丙烯选择性达99%。该催化剂无积炭，且在30 h连续反应过程中未见催化剂失活。该研究成果发表于《科学》杂志。

据悉，PDH工艺采用Cr基或者Pt基催化剂，反应需要较高温度(550～750 ℃)，在常压下以提高化学平衡转化率。Cr基催化剂的主要缺陷在于对丙烯的选择性较低，且由于积炭效应导致催化剂失活，因此需要对催化剂再生。Pt基催化剂通常负载于Al2O3，同时修饰Sn等过渡金属，提高了丙烯选择性、稳定性和抗积炭性能；但由于PtSn纳米粒子在反应过程中容易分离成Pt原子和Sn原子，并在Al2O3载体上形成SnOx相和Pt相。这种分相催化剂可能因快速积炭而失活。

目前解决这种问题的方法包括：提高PtSn纳米粒子中的Sn含量，反应气中引入H2以减缓催化剂失活速率。但是单程丙烷转化率仍较低，而且催化剂需要不断再生。

该研究团队制备了Pt1Sn1/SiO2催化剂，在580 ℃下进行催化反应，在4.7 h-1的空速时可实现67%的丙烷转化率，非常接近66.5%的热力学极限值，丙烯选择性高于99%，且无需在反应气中添加H2。在非稀释的丙烷中能稳定的进行催化反应，在30 h连续催化反应过程中未见活性衰减，且丙烯选择性保持在99%以上。

将该催化剂与其他同类催化剂对比，结果显示Pt1Sn1/SiO2催化剂活性更高，可达到100%选择性极值。其他催化剂通常选择性低于80%。

研究表明，Pt1Sn1/SiO2催化剂的催化活性、稳定性来自于SiO2，Sn，Pt之间的相互作用，能够在保持PtSn较小纳米粒子的同时实现原子均匀分散。