福州大学教授鲍晓军、朱海波团队与合作单位创制出一种高耐久性、自再生和自修复性能的丙烷脱氢制丙烯催化剂，实现了催化剂在无氯条件下完全再生，为解决现有再生过程产生大量氯污染物和反应器腐蚀的问题提供了解决方案。4月10日，相关研究成果在线发表于《科学》。

丙烯是制造塑料、合成橡胶和合成纤维“三大合成材料”的重要基础原料。铂基催化剂是丙烷脱氢技术的两大催化剂之一，但在600度的高温反应中极易发生积炭和烧结失活。工业上在氧化气氛中对催化剂进行烧炭再生时还需同时引入强腐蚀性、剧毒的氯气来重新分散铂，以恢复其催化活性，不仅导致设备腐蚀，还产生含氯污染物排放。因此，开发一种在无氯条件下可再生的铂基催化剂，一直是丙烷脱氢技术领域面临的重大挑战。

该研究团队提出了一项创新设想—“无氯氧化再生”，即完全用氧气焙烧替代传统的氧—氯气氛再生，从根本上避免氯腐蚀和环境污染的风险。为了让这一设想变成现实，该研究团队设计合成了一种含锗分子筛Ge-MFI，该分子筛中的锗就像为催化剂中的贵金属铂安装了一个“锚”，使其在苛刻反应—再生这种“大风大浪”中不随波逐流，巍然屹立。

研究团队在过去六年里进行了大量实验，制备了上千种催化剂进行验证，最终发现分子筛中的锗是“锚定”铂的最佳选择。在高温反应条件下和氧气烧碳再生过程中，锗能够牢牢锚定铂，让其保持稳定，完全抑制了铂的烧结。

更神奇的是，锗还具“吸星大法”：一旦和铂相遇就会像磁铁一样牢牢地吸住铂。基于这一发现，研究团队提出了一种简单、高效的催化剂制备方法：将锗分子筛与铂的任意前驱体（包括金属Pt粉、H_?PtCl_?盐）混合物进行高温处理，铂就会自发在分子筛中扩散并最终被“锚定”到锗位点，最终制备出高稳定性的丙烷脱氢催化剂。

该催化剂表现出优异的脱氢活性，抗烧结性和循环可再生性，首次实现了在无氯-氧化气氛下的110次完全再生，再生性能显著优于目前已报道的铂基催化剂。深入的机理研究发现：在“脱氢反应-烧炭再生”循环中表现出“Pt₈团簇? Pt₁单原子”动态可逆转化。

据悉，这一突破性成果不仅为解决工业金属催化剂在苛刻条件下失活的难题提供了一种全新的、有效的“自修复”策略，特别是为开发新一代超稳定丙烷脱氢催化剂带来了新的思路和技术路径。

相关论文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu6907