网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

科学通报 | 锰氧化物锚定Pt₂Mn团簇,让丙烷脱氢催化剂更稳定高效

0
分享至

丙烯作为聚丙烯、丙烯腈等化工产品的核心原料,市场需求持续攀升,丙烷脱氢(PDH)是当前丙烯生产的重要技术路径。Pt基催化剂因催化性能优异、环境友好成为丙烷脱氢的主流选择,但苛刻的反应条件易导致其结构变化、活性下降,开发高稳定性Pt基催化剂成为行业关键难题。

近期,沈阳师范大学研究团队在该领域取得重要进展,通过锰氧化物(MnOx)锚定构建Pt2Mn双金属团簇催化剂,实现了丙烷脱氢的高效稳定催化,相关成果发表于《科学通报》。

研究团队针对传统Pt基催化剂易失活、分散性差的痛点,采用简单的分步浸渍法,在silicalite-1(S-1)分子筛表面构建MnOx纳米颗粒,将其作为Pt物种的锚定位点,成功制备出颗粒尺寸约1 nm的团簇催化剂。通过X射线吸收近边结构谱(XANES)、一氧化碳漫反射红外傅里叶变换光谱(CO-DRIFTS)等多种先进表征手段,团队明确了催化剂的活性中心为Pt2Mn双金属团簇,这一结构为催化性能提升奠定了核心基础。

在催化性能测试中,优化后的Pt0.3Mn/S-1催化剂展现出优异的丙烷脱氢性能:在丙烷重时空速9.4 h-1的条件下,丙烷初始转化率达45.5%,失活速率常数仅为0.014 h-1,远优于部分传统Pt基催化剂。更值得关注的是,该催化剂在连续2300 min的长期稳定性测试中,丙烷转化率仅从53.3%小幅降至43.4%,丙烯选择性维持在94%以上,表现出出色的抗失活能力。

那么,这一催化剂为何能实现高效与稳定兼备?研究团队揭示了其核心作用机制:一方面,MnOx纳米颗粒充当“黏结剂”,不仅为Pt物种提供稳定的锚定位点,有效防止Pt颗粒聚集,还显著增强了金属与载体之间的相互作用,提升了Pt物种的分散度;另一方面,Mn的引入实现了从Mn到Pt的定向电子转移,提高了Pt的电子密度,削弱了Pt与丙烯C=C双键的相互作用,促进了产物丙烯的快速脱附,既提升了丙烯选择性,又有效抑制了深度脱氢、积碳等副反应的发生,从根源上缓解了催化剂失活。

此外,研究团队还系统探究了Mn负载量对催化剂结构和性能的影响规律。结果表明,Mn负载量过高会形成PtMn3晶相,导致丙烷转化率下降;而适量的Mn负载(Mn/Si摩尔比0.3:100)能精准调控形成Pt2Mn团簇,兼顾丙烷活化能力和丙烯脱附效率,实现催化性能的最优化。同时,该催化剂所采用的S-1分子筛载体无强酸性位点,可减少裂解副反应,进一步提升了催化稳定性。

丙烷脱氢技术的核心瓶颈在于催化剂的稳定性和效率,此次研究开发的MnOx锚定Pt2Mn团簇催化剂,为解决这一难题提供了新的思路和实验依据。该催化剂制备方法简单、原料易得,兼具高活性、高选择性和高稳定性,具有潜在的工业应用价值。同时,研究团队证实了双金属团簇的电子结构和几何结构对丙烷脱氢性能的关键调控作用,为后续高效PDH催化剂的设计与开发提供了重要的理论指导。

未来,研究团队将进一步探索Mn与其他金属助剂的协同效应,优化催化剂结构,持续提升其催化性能,推动该技术向工业化应用迈进,为丙烯绿色高效生产提供更多技术支撑。


图1 PtxMn/S-1催化剂的结构表征图.

焙烧后(a)和还原后(b)PtxMn/S-1催化剂的XRD图谱; 还原后PtxMn/S-1催化剂N2-吸附脱附等温线(c)及孔径分布图(d); 还原后PtxMn/S-1催化剂的紫外-可见漫反射光谱(e)和拉曼光谱(f); 还原后的Pt/S-1(g), Pt0.1Mn/S-1(h), Pt0.3Mn/S-1(i), Pt0.5Mn/S-1(j), Pt1.0Mn/S-1(k)的SEM图像; PtxMn/S-1催化剂的结构示意图(l)


图2 PtxMn/S-1催化剂的形貌表征.

还原后的Pt0.1Mn/S-1(a)、Pt0.3Mn/S-1(b)、Pt0.5Mn/S-1(c)和Pt1.0Mn/S-1(d)催化剂的STEM图像、粒径分布和EDS元素分布图; 还原后的Pt0.3Mn/S-1(e)催化剂的HRTEM图像


图3 PtxMn/S-1催化剂的结构表征.

(a) 焙烧后PtxMn/S-1催化剂的H2-TPR曲线图; 还原后PtxMn/S-1催化剂的CO-DRIFTS谱图(b), NH3-TPD曲(c), Mn 2p3/2(d)和Pt 4f5/2(e)XPS谱图


图4 催化剂的Pt L3边X射线吸收精细结构表征.

Pt0.1Mn/S-1和Pt0.3Mn/S-1催化剂的XANES谱图(a), EXAFS谱图(b),和小波变换分析(c)~(e)


图5 PtxMn/S-1催化剂的性能评价.

PtxMn/S-1催化剂在450°C下丙烷转化率(a)和丙烯选择性(b)随时间变化图; PtxMn/S-1催化剂在590°C下丙烷转化率(c)和丙烯选择性(d)随时间变化图; (e) PtxMn/S-1催化剂的活化能; (f) 590oC下Pt0.3Mn/S-1催化剂(100 mg)的长寿命实验


图6 txMn/S-1催化剂的结构表征.

反应前后PtxMn/S-1催化剂的XRD图谱(a); 反应6 h后的PtxMn/S-1催化剂的拉曼光谱(b)和热重曲线(c)


文章信息

宋佳欣, 胡慧敏, 李东, 范晓强, 于学华, 赵震. 锰氧化物诱导的稳定Pt2Mn团簇催化剂高效催化丙烷脱氢. 科学通报, 2026, 71(26): 6273-6285.

Song Jiaxin, Hu Huimin, Li Dong, Fan Xiaoqing, Zhao Zhen. Manganese oxide-induced stable Pt2Mn cluster catalysts for highly efficient propane dehydrogenation (in Chinese). Chinese Science Bulletin, 2026, 71(26): 6273-6285. DOI: 10.1360/CSB-2025-5743.

《科学通报》是中国科学院主管、中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办的综合性中文学术期刊,致力于快速报道自然科学各学科基础理论和应用研究的最新研究动态、消息、进展, 点评研究动态和学科发展趋势。

  • 旬刊,每10天出版1期;

  • 栏目:进展、评述、快讯、论文、观点、科技前沿、科学访谈、亮点述评、悦读科学等;

  • 《新锐期刊分区表》 综合性大类1区TOP期刊;

  • 中国科技期刊卓越行动计划领军期刊;

  • 入选2025年度世界一流科技期刊目录;

  • 《中国科技论文与引文数据库》和《中国科学引文数据库》的源期刊,同时被EI、ESCI和Scopus等收录;

  • 期刊官网:http://csb.scichina.com.

转载、投稿请留言

| 关注科学通报 | 了解科学前沿

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
又遭打脸!蓉城球迷半场开香槟却错失第六个冠军点,夺冠恐真没戏

又遭打脸!蓉城球迷半场开香槟却错失第六个冠军点,夺冠恐真没戏

篮球圈里的那些事
2026-10-24 22:05:03
郁亮,出事了!

郁亮,出事了!

大佬灼见
2026-09-17 09:18:35
两性心理学:女人主动跟你说例假来了,过来人都懂,她其实是在暗示你这两句话,不要再傻乎乎地听不明白

两性心理学:女人主动跟你说例假来了,过来人都懂,她其实是在暗示你这两句话,不要再傻乎乎地听不明白

心理观察局
2026-09-06 06:41:37
看了四集《尚公主》后,我想说:中国古装剧大门被李昀锐踹烂了

看了四集《尚公主》后,我想说:中国古装剧大门被李昀锐踹烂了

白面书誏
2026-10-24 14:19:10
我既为写不出这样磅礴的文字而窘迫,也为能阅读这样的文字而流泪

我既为写不出这样磅礴的文字而窘迫,也为能阅读这样的文字而流泪

另子维爱读史
2026-10-19 12:26:09
从计划生育到花式催生,生育率全球垫底,韩国怎样应对人口危机?

从计划生育到花式催生,生育率全球垫底,韩国怎样应对人口危机?

浩渺青史
2026-10-25 01:50:31
令人震惊,今年1-9月居民用电首次负增长,主要是空调用电明显减少!

令人震惊,今年1-9月居民用电首次负增长,主要是空调用电明显减少!

黯泉
2026-10-24 10:29:53
泡药水最多的5种海鲜,90%的人踩过坑,不少人还在买,要当心!

泡药水最多的5种海鲜,90%的人踩过坑,不少人还在买,要当心!

思思夜话
2026-10-22 12:54:09
海外“精日”留学生遣返回国,南京警方核查,公费来源疑点重重

海外“精日”留学生遣返回国,南京警方核查,公费来源疑点重重

旧史新谭
2026-10-23 09:20:38
美国公民入境也查手机!亚裔夫妻机场被扣留3小时,最后手机、电脑全部没保住

美国公民入境也查手机!亚裔夫妻机场被扣留3小时,最后手机、电脑全部没保住

华人生活网
2026-10-24 05:13:08
1965年,飞行员高长吉违背空军禁令出海追敌,开炮击落台军侦察机,毛主席事后的批示让所有人沉默

1965年,飞行员高长吉违背空军禁令出海追敌,开炮击落台军侦察机,毛主席事后的批示让所有人沉默

饭小妹说历史
2026-10-23 09:06:40
永嘉夜市调查:上塘夜市解体,并非因为租金,而是因为这些问题

永嘉夜市调查:上塘夜市解体,并非因为租金,而是因为这些问题

白马惊天剑
2026-09-07 14:35:11
一扫阴霾!陈熠直落三局横扫早田希娜,三场中日对抗全部获得胜利

一扫阴霾!陈熠直落三局横扫早田希娜,三场中日对抗全部获得胜利

杨哥乒乓
2026-10-24 21:59:06
菲律宾传来消息,萨拉弹劾案出现了意想不到的变数!

菲律宾传来消息,萨拉弹劾案出现了意想不到的变数!

果妈聊娱乐
2026-10-24 17:44:41
卫冕冠军尼克斯一签一裁:双向合同签湖人旧将克内克特 裁掉麦卡勒

卫冕冠军尼克斯一签一裁:双向合同签湖人旧将克内克特 裁掉麦卡勒

醉卧浮生
2026-10-23 23:58:16
油价调整!倒计时5天,10月24日全国92,95汽油“预涨增至6.16%”,95汽油上调0.3元/升或接近9.5元/升,下次10月29日调价或“大涨”!

油价调整!倒计时5天,10月24日全国92,95汽油“预涨增至6.16%”,95汽油上调0.3元/升或接近9.5元/升,下次10月29日调价或“大涨”!

猪友巴巴
2026-10-24 15:00:06
未来五年“喜事”躲不掉,无灾无难中奖发财,家人平安富贵的生肖

未来五年“喜事”躲不掉,无灾无难中奖发财,家人平安富贵的生肖

毅谈生肖
2026-10-24 12:14:35
太准了!三分球14中10!陈国豪史诗级进化

太准了!三分球14中10!陈国豪史诗级进化

篮球实战宝典
2026-10-24 15:40:02
王志军任湖南省委书记

王志军任湖南省委书记

界面新闻
2026-10-24 09:38:17
为何发妻离世16个月后,李昌钰娶了11年前跨国追货的扬州女老板?

为何发妻离世16个月后,李昌钰娶了11年前跨国追货的扬州女老板?

小怪吃美食
2026-10-24 10:01:58
2026-10-25 02:59:00
科学通报 incentive-icons
科学通报
科学通报微信公众号
1544文章数 2029关注度
往期回顾 全部

科技要闻

写程序、做3D,新Kimi还有多少本事?

头条要闻

澳官方扑杀200万只野猫 当地人直接搬出"全自动杀猫机"

头条要闻

澳官方扑杀200万只野猫 当地人直接搬出"全自动杀猫机"

体育要闻

从乐透秀到总冠军再到没工作 一共要几年?

娱乐要闻

翁虹19岁女儿三次拒爱,在美国上学却“不随便”

财经要闻

叫"保障"不叫"保险":租车平台的文字游戏

汽车要闻

大众安徽与众09正式上市 双十一权益价16.99万起

态度原创

手机
时尚
健康
家居
公开课

手机要闻

第一批拿到iPhone Duo的人心态有点崩:真实用户没多少 都是黄牛

怕停产专场|| 35岁后越来越觉得,真正的“长期主义”是保住它

痘痘能根治吗?皮肤科医生说实话

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版