烷烃脱氢催化剂设计有了新途径

　　中化新网讯 3月28日记者从天津大学了解到，该校新能源化工团队成功打破传统实验“试错法”局限，取得了开发重要化工催化材料的新进展。该团队通过合金催化剂“孤立度”描述符的构建，只需向程序输入催化剂结构参数，就能实现烷烃脱氢催化剂“一键筛选”。

　　丙烯是全球产量最高、应用最广的基础化工原料之一，在工业生产中作用巨大，是制造塑料、合成橡胶和合成纤维“三大合成材料”的基本原料，在纺织、制药、医疗等领域有重要价值。丙烷脱氢法是目前市场占有率增长最快、极具前景的丙烯生产技术之一。然而，我国现有的丙烷脱氢工艺主要依赖高价进口的成熟工艺包，作为工艺核心的催化剂被发达国家牢牢把持。缺乏自主知识产权的丙烷脱氢催化剂成为国内化工业的短板弱项。

　　据介绍，传统丙烯生产工艺采用实验“试错法”研发催化剂，往往需要数月甚至数年时间，消耗大量人力物力财力。通常，采用“试错法”得到的催化剂结构、组成较为复杂，导致催化剂—反应性能的构效关系难以明确。这也成为催化剂开发创新的“屏障”。近年来提出的基于“单位点”催化剂的概念实现催化剂电子、几何结构的可控调控与制备，是催化领域的长期追求目标。

　　天津大学新能源化工团队以“实践论”为指导，提出了“催化微环境预测催化性能”的方法。他们创新算法，借助计算机程序发现了烷烃脱氢“单位点”合金催化剂的设计新途径，只需获得催化剂的电子、几何结构参数“孤立度”，就能描述出烯烃选择性等性能，从而加速遴选性能优异的催化剂材料。基于该方法，该团队研发的新型铂基催化剂贵金属用量降低超60%，可大幅节约生产成本，提升催化剂的市场竞争力。进一步的实验证明，新型催化剂的丙烯选择性优于国际同类产品，在长程稳定性和再生循环测试中也保持稳定。

　　近年来，天津大学新能源化工团队探索形成了“催化剂理性设计—精准构筑—应用引领”的研究范例，建立了相对完整的具有自主知识产权的新型高效丙烷脱氢催化剂的专利体系。“我们正在与行业领军企业合作开展催化剂工程制备与工艺放大研究，实现新型丙烷脱氢成型催化剂的工程制备，加速突破国外催化剂技术垄断。”该团队成员、天津大学化工学院博士生常鑫介绍说，“这项研究是化工、化学、材料、物理、数学等学科交叉的结果，将为相关领域催化剂设计和催化过程解析提供新思路，对加快工业催化剂创新开发具有重要意义。”