美國西北大學開發(fā)出丙烷氧化脫氫制丙烯的串聯(lián)催化劑

美國西北大學的研究人員通過在納米粒子上結(jié)合鉑和氧化銦的催化能力，改進了催化劑催化丙烷制丙烯的反應(yīng)效率。參與此工作的 Notestein 稱，概念驗證工作表明，這種納米級顆粒上In2O3-Pt按殼-芯結(jié)構(gòu)組成的催化劑(Tandem catalyst，簡稱串聯(lián)催化劑)，在單一納米顆粒上可同時進行不同的反應(yīng)，具有在工業(yè)過程中發(fā)揮更大作用的潛力。

由于丙烯在化學工業(yè)中的重要性，該團隊的目標是生產(chǎn)丙烯。2020年全球丙烯產(chǎn)量達到110 Mt，蒸汽裂解原料的改變減少了丙烯的供應(yīng)，而已開發(fā)的丙烷脫氫(PDH)工藝能耗高且價格昂貴。PDH裝置在600 ℃或更高的溫度下將丙烷轉(zhuǎn)化為丙烯，此條件下會產(chǎn)生積炭，從而使催化劑迅速失活。

為了解決這些問題，研究人員花費了數(shù)十年的時間開發(fā)丙烷氧化脫氫(ODHP)工藝，該工藝中從丙烷中釋放出來的氫與氧氣結(jié)合生成水，由此可以推動反應(yīng)平衡向正反應(yīng)方向移動，需要的溫度較低，催化劑積炭下降。為ODHP工藝開發(fā)了硼基催化劑的威斯康星大學麥迪遜分校的 Hermans 稱：“如果大規(guī)模采用這項技術(shù)，就可以節(jié)省巨大的能源和成本。”但是，ODHP催化劑存在將丙烯轉(zhuǎn)化為CO和CO2的副反應(yīng)，因此仍無法在丙烯產(chǎn)量上擊敗PDH工藝。這就有了新的串聯(lián)催化劑，它包含兩種活性金屬，分別針對不同階段的反應(yīng)，以增加丙烯的產(chǎn)量并減少形成不需要的副產(chǎn)物。

為了制造催化劑，美國西北大學研究團隊將2 nm寬的鉑塊分布在100 nm的氧化鋁顆粒上，然后，使用原子層沉積工藝，在每個顆粒外覆蓋2 nm厚的氧化銦殼。……