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乙烯是现代石油化工和精细化工领域中广泛使用的关键平台化学品。当前工业上乙烷制乙烯主流技术包括热裂解、氧化脱氢和非氧化脱氢工艺，但普遍存在反应温度高（550–700 °C）、乙烯选择性低、催化剂因积碳失活等问题。因此，开发温和条件下的乙烯制备新技术，具有重要的研究价值与应用前景。太阳能作为清洁可再生能源，是推动化工领域绿色低碳转型的重要依托。基于光催化剂利用太阳能实现乙烷脱氢制乙烯，是解决非石油路线制备乙烯的可行且极具潜力的技术途径。
基于此，吉林大学化学学院于吉红教授团队联合中国科学院大连化学物理研究所李灿研究员团队，将锐钛矿团簇限域于TS-1分子筛中，构筑了TiO2@TS-1高效复合光催化剂，成功实现室温条件下乙烷光催化脱氢制乙烯（图1）。通过积分差分相位衬度扫描透射电子显微镜（iDPC-STEM）表征显示，尺寸相当于单个锐钛矿晶胞大小的锐钛矿团簇被成功限域于TS-1分子筛孔道内。这些超小锐钛矿团簇因半导体量子尺寸效应，具备显著增强的氧化还原能力，进而可有效驱动光催化乙烷脱氢反应生成乙烯。相比之下，粒径约为21nm的商用TiO2（P25）仅能催化乙烷分子C–C键断裂，产物以甲烷为主。研究进一步发现，在TiO2@TS-1上负载0.43 wt%的Pd，可有效促进光生电子与空穴的分离，显著提升其光催化效率。优化得到的Pd/0.73TiO2@TS-1催化剂在乙烷光脱氢反应中表现出优异的性能，乙烯生成速率达6.25 mmol g(TiO2)-1h-1，乙烯选择性高达100%，同时具备良好的循环稳定性。本工作为新型分子筛基光催化剂的设计合成及其在低碳烷烃转化领域的应用提供了新思路与重要参考。
图1 TiO2@TS-1光催化乙烷脱氢示意图
研究工作以“Anatase clusters embedded in zeolite enabling ethane photo-dehydrogenation”为题发表于CCS Chemistry上，（2026-05-26, DOI:10.31635/ccschem.026.202607982）。吉林大学化学学院博士研究生郝大鹏为第一作者，吉林大学化学学院于吉红教授、中国科学院大连化学物理研究所李灿研究员为共同通讯作者。
全文链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.026.202607982
来源：吉林大学
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