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在國家自然科學(xué)基金項目（批準(zhǔn)號：21961132026、21878331、91645108、21903049和U1510103）等的資助下，中國石油大學(xué)（北京）姜桂元教授團隊聯(lián)合德國萊布尼茲催化研究所Evgenii V. Kondratenko教授團隊和焦海軍教授團隊、山西大學(xué)及德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院等科研機構(gòu)合作者，在丙烷無氧脫氫催化劑研究方面取得進展。研究結(jié)果以“原位形成ZnOx物種用于丙烷高效脫氫（In situ formation of ZnOx species for efficient propane dehydrogenation）”為題，于2021年11月10日在《自然》(Nature)在線發(fā)表。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03923-3。
丙烯是基本的有機化工原料，近年來供需缺口不斷加大。隨著頁巖氣開采技術(shù)發(fā)展、資源高效利用及能源高質(zhì)量發(fā)展的需求驅(qū)動，丙烷無氧脫氫（PDH）制丙烯技術(shù)成為填補丙烯供需缺口的一種重要途徑。目前商業(yè)化的PDH催化劑是K-CrOx/Al2O3和Pt-Sn/Al2O3， 但Cr毒性高、Pt價格昂貴，限制了其進一步應(yīng)用。研發(fā)價格低廉、環(huán)境友好的高效非貴金屬基替代催化劑并揭示其催化作用機制至關(guān)重要且迫在眉睫。
針對上述問題，研究人員采用簡單的機械混合—原位氫氣還原處理方法，成功地在Silicalite-1(S-1)上合成了雙核Zn-oxo物種。在還原性條件下，低配位雙核Zn-oxo物種是丙烷脫氫的活性位。在400個小時的反應(yīng)測試中，催化劑展現(xiàn)了優(yōu)異的催化性能，與商業(yè)K-CrOx/Al2O3類似催化劑相當(dāng)?shù)谋┻x擇性條件下，該催化劑的丙烯時空收率是K-CrOx/Al2O3的3倍左右。該催化劑的制備方法還可以拓展至富含羥基窩的其它類型分子篩以及富含羥基的金屬氧化物中，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。該研究基于分子篩羥基窩和原位預(yù)處理/反應(yīng)構(gòu)筑高效非貴金屬基催化劑，從分子層次闡明丙烷脫氫活性位的形成與作用機制，為高效催化劑理性設(shè)計提供了新思路。
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