催化劑被譽(yù)為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的“心臟”，在眾多化學(xué)反應(yīng)中發(fā)揮著不可替代的加速作用。貴金屬是催化劑的關(guān)鍵組分，其用量關(guān)乎化工過程的節(jié)能增效。記者10月17日獲悉，天津大學(xué)新能源化工團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出原子抽提策略，將在催化中起關(guān)鍵作用的貴金屬鉑原子全部抽提到表面參與催化反應(yīng)，利用率逼近100%。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于國(guó)際期刊《科學(xué)》。
在傳統(tǒng)催化反應(yīng)中，貴金屬原子易聚集成較大顆粒，導(dǎo)致大量原子埋藏在顆粒內(nèi)部，無法參與表面反應(yīng)，催化效率始終處于較低水平。這一問題在丙烯生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝——丙烷脫氫中尤為突出。丙烯是全球產(chǎn)量最大的化工品之一，是塑料、橡膠、纖維、醫(yī)藥等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)原料。值得注意的是，2024年中國(guó)丙烯產(chǎn)量已占全球三分之一，總產(chǎn)值超6000億元人民幣，而約三分之二的丙烷脫氫工藝依賴貴金屬催化劑。但傳統(tǒng)催化劑依賴稀缺貴金屬、原子利用率低，嚴(yán)重制約了行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
面對(duì)這一挑戰(zhàn)，天津大學(xué)教授鞏金龍帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近十年研究，開創(chuàng)性研發(fā)出“原子抽提”技術(shù)。該技術(shù)通過在顆粒表面構(gòu)造可選擇性吸引貴金屬原子的結(jié)構(gòu)單元，將埋在顆粒內(nèi)部的貴金屬原子逐一抽提至表面。
在完成相同的任務(wù)時(shí)，使用傳統(tǒng)方法制備的催化劑用量需要1噸，而用經(jīng)過該技術(shù)制備的催化劑只需200斤，實(shí)現(xiàn)了近乎極致的原子經(jīng)濟(jì)性。在丙烷脫氫制丙烯等高溫苛刻反應(yīng)中，該催化劑在鉑用量減少90%的前提下，仍表現(xiàn)出優(yōu)于現(xiàn)行商業(yè)催化劑的活性與穩(wěn)定性。
鞏金龍介紹：“該研究跳出傳統(tǒng)‘分散單原子’的思維框架，通過原子級(jí)合金設(shè)計(jì)與界面調(diào)控，使貴金屬在催化過程中的原子利用率逼近理論極限，為高效催化劑的設(shè)計(jì)開拓了新路徑。”
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