用于丙烷脱氢（PDH）制丙烯的工业催化剂是石油基裂解工艺的重要替代品，要么使用昂贵的金属，要么使用对环境无害的金属氧化物。
2024年7月18日，天津大学巩金龙团队在Science表题为“Defective TiOx overlayers catalyze propane dehydrogenation promoted by base metals”的研究论文，该研究报道了一种通常活性较低的氧化物，氧化钛（TiO2），可与地球上丰富的金属镍（Ni）结合，形成非常规Ni@TiOx高效PDH的催化剂。该催化剂在40%丙烷转化率下表现出94%的丙烯选择性，在工业相关条件下具有出色的稳定性。
总之，这种新型催化剂表现出优异的丙烯选择性及稳定性，性能优于国际同类产品。其可节约成本30%—50%，同时实现催化剂制备使用过程无毒且低能耗，为发展下一代高效、廉价、环保可持续的丙烯催化剂奠定了科学基础。
丙烷脱氢(PDH)是替代油基裂化工艺生产丙烯的重要方法。多相氧化物负载Pt和CrOx催化剂是两种主要的商业催化体系，但它们要么依赖于贵金属的使用，要么由于碳沉积而存在毒性和严重失活。这些限制推动了对成本效益和环境友好的氧化物的研究。
丙烷(从左边进入)可以形成丙烯——一种重要的聚合物组成部分——和氢(从右边进入)，它们在氧化钛催化剂(红色和白色球体)上形成，氧化钛催化剂(蓝色)覆盖在氧化铝(灰色)上的镍纳米颗粒(蓝色)上。缺乏氧气的二氧化钛表层在形成丙烯方面变得更加活跃，因为镍有助于激活碳氢键断裂和氢的解吸（图源自Science ）
金属氧化物，包括VOx、GaOx、ZnOx、CoOx和ZrO2，或含TiOx的材料，已被证明对C-H活化有活性，但在商业上表现不佳。包括掺杂、气体处理、小面和晶相工程以及有机金属化学在内的策略已被用于设计新的催化剂，但这些氧化物催化剂的一个普遍缺点是其固有活性低。在PDH反应条件下，它们也会因还原重组、烧结或碳沉积而失活。金属氧化物催化剂由两种典型的活性PDH组分组成，例如贵金属和氧化物，可能是一种有效的方法，但贵金属的使用可能限制潜在的工业应用。
该研究证明了由氧空位(Ov)的四配位Ti4C位组成的缺陷TiOx层具有催化活性。亚表面金属Ni作为电子促进剂，促进C-H键活化，加速TiOx表层H2的脱附，仅间接参与催化脱氢循环。总之，这种新型催化剂表现出优异的丙烯选择性及稳定性，性能优于国际同类产品。其可节约成本30%—50%，同时实现催化剂制备使用过程无毒且低能耗，为发展下一代高效、廉价、环保可持续的丙烯催化剂奠定了科学基础。
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