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
卖淫女从良嫁给小7岁男友,嫌卖饮料不赚钱,婚后竟拉着丈夫干回老本行!

卖淫女从良嫁给小7岁男友,嫌卖饮料不赚钱,婚后竟拉着丈夫干回老本行!

一丝不苟的法律人
2026-10-23 11:46:03
开始查普通医生!中纪委划4条硬杠,2026年医疗反腐变天!

开始查普通医生!中纪委划4条硬杠,2026年医疗反腐变天!

细说职场
2026-10-24 13:55:28
天生没手没脚,父母让他自生自灭,他却靠自己娶妻生子靠嘴养家

天生没手没脚,父母让他自生自灭,他却靠自己娶妻生子靠嘴养家

小武侃风云
2026-10-23 18:43:36
特朗普表示,他有权利竞选第三届总统任期

特朗普表示,他有权利竞选第三届总统任期

山河路口
2026-10-24 16:00:33
3药抑制前列腺增生肥大,缩小前列腺体积,改善排尿困难增加尿流

3药抑制前列腺增生肥大,缩小前列腺体积,改善排尿困难增加尿流

健康之光
2026-10-24 13:40:10
毛不易婚礼致辞完整原话曝光,被剪掉的半句话才是重点

毛不易婚礼致辞完整原话曝光,被剪掉的半句话才是重点

海藻娱乐
2026-10-23 10:40:46
湖人险胜!里夫斯28+2+9,赛后东契奇直接走进通道,小里抱住八村塁

湖人险胜!里夫斯28+2+9,赛后东契奇直接走进通道,小里抱住八村塁

小犙拍客在北漂
2026-10-24 12:49:28
布拉德·皮特新片上映一个月,被近1200家影院撤下

布拉德·皮特新片上映一个月,被近1200家影院撤下

浅遇时光
2026-10-24 03:29:11
大学最恐怖的机制“滚雪球”:大一不当班干,到了大四啥资源都捞不着

大学最恐怖的机制“滚雪球”:大一不当班干,到了大四啥资源都捞不着

妍妍教育日记
2026-10-23 13:10:11
官宣结婚后他自曝:喜欢她20年了

官宣结婚后他自曝:喜欢她20年了

赴一场山海啊
2026-10-23 03:21:19
快讯!郑丽文怒斥赵少康了!

快讯!郑丽文怒斥赵少康了!

做个平凡的轩友
2026-10-24 09:04:44
原来他们是恋人,一个知名主持人,一个投行精英,势均力敌很般配

原来他们是恋人,一个知名主持人,一个投行精英,势均力敌很般配

莫地方
2026-10-23 20:41:13
厦门女子拍到丈夫出轨多个按摩女,80次在家里,证据却不能用,反倒认定是偷拍

厦门女子拍到丈夫出轨多个按摩女,80次在家里,证据却不能用,反倒认定是偷拍

360度看视角
2026-10-17 16:06:04
42岁朱亚文南京被偶遇!生图状态炸裂,网友:本人比镜头里还帅!

42岁朱亚文南京被偶遇!生图状态炸裂,网友:本人比镜头里还帅!

喜欢历史的阿繁
2026-10-24 11:01:01
再见湖人,正式签约!卫冕冠军迎神射手,勇士酝酿1换1交易

再见湖人,正式签约!卫冕冠军迎神射手,勇士酝酿1换1交易

篮球扫地僧
2026-10-24 17:40:10
太阳报:巴萨球迷开始批评戈登,更有球迷呼吁拉什福德回归

太阳报:巴萨球迷开始批评戈登,更有球迷呼吁拉什福德回归

懂球帝
2026-10-23 21:06:48
中山大学附属七院被实名举报后,网友炸了:这哪是医院,这是企业吧?

中山大学附属七院被实名举报后,网友炸了:这哪是医院,这是企业吧?

歪歌社团
2026-10-22 14:23:22
筱梅直播捅破窗户纸:选乐乐合播不看本事看人品

筱梅直播捅破窗户纸:选乐乐合播不看本事看人品

动物奇奇怪怪
2026-10-24 14:27:32
卡拉自曝客串泰勒MV内幕:她打电话邀我,我当场答应

卡拉自曝客串泰勒MV内幕:她打电话邀我,我当场答应

自愈小日子
2026-10-23 02:38:32
“再吵就砍死你”!只因家里发出噪音,男子惨遭邻居连砍40余刀

“再吵就砍死你”!只因家里发出噪音,男子惨遭邻居连砍40余刀

易玄
2026-10-06 00:49:10
2026-10-24 17:59:00
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

北京男子帮朋友代购字画 4000万购176幅鉴定仅值25万

头条要闻

北京男子帮朋友代购字画 4000万购176幅鉴定仅值25万

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

家居
亲子
数码
公开课
军事航空

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

亲子要闻

男孩变声、长痘、爱关门?这些变化可以早点聊

数码要闻

AMD Zen 6首测曝光:同频单核性能较Zen 5最高快24%

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

军事要闻

辽宁舰编队远海训练细节首度披露

无障碍浏览 进入关怀版