一级黄色网站在线视频看看,久久精品欧美一区二区三区 ,国产偷国产偷亚洲高清人乐享,jy和桃子为什么绝交,亚洲欧美成人网,久热九九

第一作者：Ali Hussain Motagamwala

通訊作者：Suljo Linic

通訊作者單位：密歇根大學

頁巖氣中的丙烷含量較高，因此引發人們嘗試將其轉化為丙烯工業原料，通常使用PtSn合金/Al₂O₃催化劑進行丙烷直接脫氫合成丙烯的過程中需要含有氫氣的氣氛，因此避免積碳；同時通過加入過量的Sn元素避免合金偏析。

有鑒于此，密歇根大學Suljo Linic等報道擔載于SiO₂基底上的PtSn合金納米粒子（組成比例為Pt₁Sn₁，粒徑<2 nm），由于PtSn與SiO₂之間的相互作用更弱，因此抑制了合金的偏析。通過這種催化劑，在丙烷脫氫反應中能夠以接近熱力學反應平衡極值的67 %轉化率進行催化反應，產物中丙烯的選擇性達到99 %。這種催化劑免于形成積碳，在30 h連續催化反應過程中未見催化劑失活。

背景

通過頁巖氣的大規模制備，導致人們將制備丙烯的原料從石腦油轉向丙烷，目前全球的丙烯需求每年達到>1億噸，同時以每年~4 %的速度增加，丙烷氧化脫氫制備丙烯（OPDH）作為一種具有廣泛前景的技術，其中的缺點在于丙烷的熱力學過度氧化生成CO₂副反應。比如，目前高性能BN催化劑的OPDH反應單程丙烯轉化率<16 %，同時產物中的丙烯、CO₂分離進一步導致純化丙烯的過程非常困難。

2019年通過非氧化丙烷脫氫（PDH）方法制備的丙烯產量達到1360萬噸，這個結果占據了~11 %的全球丙烯產量，目前工業化過程中使用Cr基催化劑或者Pt基催化劑，反應需要較高的溫度（550~750 ℃）、在溫和大氣壓力中提高化學平衡轉化率。該過程的缺陷在于Cr-基催化劑在該反應中對丙烯的選擇性較低，由于積碳效應導致催化劑失活，因此每隔12 min就需要進行催化劑的重生；Pt基催化劑，通常擔載于Al₂O₃，同時修飾Sn等過渡金屬，實現了更高的丙烯選擇性，更高的穩定性和抗積碳性能。但是PtSn納米粒子在催化反應過程中容易偏析形成SnO_x和Pt，同時這種偏析后的結構可能快速積碳導致失活。

目前解決這種問題的方法包括：提高PtSn納米粒子中的Sn含量，反應氣氛中引入H₂緩解催化劑失活速度。但是單程丙烷轉化率仍較低，而且催化劑需要不斷多次重生。

新發展

作者合成了Pt₁Sn₁/SiO₂催化劑，在580 ℃中進行催化反應，在4.7 h^-1的空速條件中實現>66 %的丙烷轉化率，非常接近熱力學極值（66.5 %），產物中丙烯的選擇性達到>99 %。

相比而言，Pt/γ-Al₂O₃催化劑的單程丙烷轉化率僅僅~15 %，而且丙烯的選擇性較低；商用Pt-Sn/γ-Al₂O₃催化劑的丙烷轉化率為22 %，而且丙烯的選擇性也較低。

而且，在催化反應在嚴苛的反應條件中進行，催化劑同樣很好的進行，在非稀釋的丙烯氣氛中能穩定的進行催化反應，在30 h連續催化反應過程中未見活性衰減，保持丙烯的選擇性達到>99 %。對比的PtSn/γ-Al₂O₃催化劑在這種嚴苛的反應過程中迅速發生催化劑失活。

催化活性

圖1. 催化劑性能比較

作者將本文催化劑的催化活性與以往報道的廣泛催化劑進行對比，結果顯示Pt₁Sn₁/SiO₂催化劑的活性比其他類型催化劑的活性更高，而且達到了可能達到的100 %選擇性極值。其他的催化劑通常選擇性<80 %。

而且能夠在非稀釋的丙烷中實現這種接近100 %丙烯的高選擇性，這在以往的催化劑中從未實現，比如PtSn/Al₂O₃催化劑達到這種高選擇性只能夠在稀釋的丙烷氣氛中實現。

催化劑表征

圖2. 催化劑表征

作者認為Pt₁Sn₁/SiO₂的催化活性、穩定性來自于SiO₂、Sn、Pt之間的相互作用，能夠在保持Pt₁Sn₁較小納米粒子的同時實現原子均勻分散。通過亮場TEM表征，發現Pt-Sn納米粒子在SiO₂基底上實現高度分散性，同時納米粒子<2 nm，XRD表征結果發現以Pt₁Sn₁和Pt₃Sn₁合金形式存在。

圖3. 催化劑表征

通過DRIFT紅外表征測試Pt/SiO₂、PtSn/SiO₂催化劑上的CO氣體分子吸附，結果顯示CO以橋狀形式、線性（頂部）兩種吸附在Pt/SiO₂上；未見橋狀形式吸附在PtSn/SiO₂，同時線性吸附峰更低。由于避免橋狀形式吸附，因此催化劑界面CO吸附覆蓋度得以降低。

通過XPS、EXAFS對PtSn納米粒子的組成比例、原子排列情況進行表征，Pt EXAFS表征結果顯示Pt、Sn原子混合形成金屬間納米粒子，發現Pt-Pt、Pt-Sn結構組成，驗證形成金屬間合金結構。

參考文獻及原文鏈接

Ali Hussain Motagamwala, Rawan Almallahi, James Wortman, Valentina Omoze Igenegbai, Suljo Linic,* Stable and selective catalysts for propane dehydrogenation operating at thermodynamic limit, Science 2021, 373(6551), 217-222

DOI: 10.1126/science.abg7894

https://science.sciencemag.org/content/373/6551/217