超稳定的丙烷脱氢铂基催化剂诞生

当气体接触到管内负载的铂基催化剂时，分子键断裂的瞬间释放出蓝色辉光 ——福州大学化工学院、氟氮化工新材料全国重点实验室教授鲍晓军、朱海波团队与合作者研制出超稳定的丙烷脱氢铂基催化剂。2025 年 5 月 28 日，团队在《自然》杂志发表的最新成果。

Pt物种的“扩散-聚集-自锁”形成超6个月稳定的铂基催化剂

从纳米团簇到分子牢笼

丙烷脱氢是生产丙烯的核心技术，而铂基催化剂的烧结失活一直是行业痛点。传统催化剂中的铂颗粒在高温下如同热锅上的水珠，不断聚集成更大的液滴，导致活性位点锐减。福州大学团队另辟蹊径，将铂原子封装在 MFI 分子筛的纳米孔道中。这种分子筛的孔道直径仅 0.55 纳米，恰好允许丙烷分子进入，却能将铂颗粒牢牢锁住。

研究团队发现分子筛的 b 轴长度是关键。当 b 轴超过 2 微米时，铂原子在孔道内的扩散路径被延长，被迫形成更大的颗粒。这些颗粒在迁移过程中会被孔道狭窄处 “卡住”，形成稳定的自锁结构。X 射线断层扫描显示，这种自锁机制使铂颗粒在 6 个月的连续反应后仍保持纳米级分散，活性损失不足 5%。

从氯气依赖到空气激活

传统催化剂再生依赖剧毒氯气，每次再生都会排放大量含氯污染物。鲍晓军团队的另一项突破则彻底颠覆了这一模式。他们设计的含锗分子筛不仅能稳定铂颗粒，还具备 “捕获 - 释放” 铂原子的特殊能力。

当催化剂因积碳失活时，只需在空气中加热至 800℃，铂颗粒会自动解体为单原子状态。这些单原子如同进入 “休眠模式”，附着在分子筛表面等待重生。烧除积碳后，铂原子又能重新组装成高效的 Pt₈团簇。这种 “变形金刚式” 再生在实验室中实现了超百次循环，再生能耗降低 70%，设备腐蚀问题也迎刃而解。

从实验室到生产线的跨越

以国内某 PDH 装置为例，采用新催化剂后，年产能可提升 15%，同时减少氯气消耗 3000 吨，相当于每年减排二氧化碳 2 万吨。更重要的是，催化剂寿命从传统的 3 个月延长至 6 个月以上，检修周期大幅缩短，设备利用率显著提高。

在材料科学领域，这种分子筛限域策略展现出更广阔的应用前景。团队已成功将其扩展至丁烷脱氢、甲烷重整等高温催化过程。例如，在丁烷脱氢制丁烯的反应中，新催化剂的稳定性提升 3 倍，为橡胶产业的绿色转型提供了关键支撑。

从经验试错到精准设计

这场技术革命的深远意义远超化工领域。当研究人员用原位透射电镜捕捉到铂原子在分子筛孔道内的动态迁移时，他们实际上在重构催化剂设计的底层逻辑。传统的 “试错法” 正被基于分子动力学的精准设计取代 —— 通过调控分子筛的晶体结构参数，可定制化地实现金属颗粒的动态稳定。

国际同行对此给予高度评价。德国马普学会弗里茨・哈伯研究所所长 Thomas Schüth 指出：“这种‘扩散 - 聚集 - 自锁’机制为高温催化剂设计提供了全新范式。” 日本旭化成公司首席科学家佐藤健二则认为：“该技术可能引发全球 PDH 装置的技术迭代，中国在催化领域的话语权正在重塑。”