重要化工品烷烴脫氫催化劑可“一鍵篩選”
2024-11-02 來源：科技日報
科技日報天津3月29日電(記者陳曦 通訊員焦德芳)日前，天津大學成功打破傳統(tǒng)實驗“試錯法”局限，取得了開發(fā)重要化工催化材料的新進展。該校新能源化工團隊通過合金催化劑“孤立度”描述符的構建，只需向程序輸入催化劑結構參數，就能實現(xiàn)烷烴脫氫催化劑“一鍵篩選”。該研究相關論文3月28日發(fā)表于國際期刊《自然·納米技術》。
丙烯是全球產量最高、應用最廣的基礎化工原料之一，在工業(yè)生產中作用巨大，是制造塑料、合成橡膠和合成纖維等“三大合成材料”的基本原料，對紡織、制藥、醫(yī)療” 等領域有重要價值。“丙烷脫氫法”是目前市場占有率增長最快、最具前景的丙烯生產技術之一。然而，我國現(xiàn)有的“丙烷脫氫”工藝主要依賴高價進口的成熟工藝包，作為工藝核心的催化劑被發(fā)達國家牢牢把持，缺乏自主知識產權的丙烷脫氫催化劑成為了國內化工業(yè)的短板弱項。
正如愛迪生在上千種導電材料中選擇出鎢絲，傳統(tǒng)丙烯生產工藝采用實驗“試錯法”研發(fā)催化劑，往往需要數月甚至數年時間，消耗大量人力物力財力。通常，采用“試錯法”得到的催化劑結構、組成較為復雜，導致催化劑與反應性能的構效關系難以明確，這也成為了催化劑開發(fā)創(chuàng)新的“屏障”。近年來提出的基于“單位點”催化劑的概念，能實現(xiàn)催化劑電子、幾何結構的可控調控與制備，成為催化領域長期追求的終極目標。
天津大學新能源化工團隊提出了“催化微環(huán)境預測催化性能”的方法。他們創(chuàng)新算法，借助計算機程序發(fā)現(xiàn)了烷烴脫氫“單位點”合金催化劑的設計新途徑，即只需獲得催化劑的電子、幾何結構參數“孤立度”，就能描述出烯烴選擇性等性能,從而加速遴選性能優(yōu)異的催化劑材料?；谠摲椒?，研發(fā)的新型鉑基催化劑貴金屬用量降低超60%，可大幅度節(jié)約生產成本，提升了催化劑市場競爭力。實驗證明，新型催化劑的丙烯選擇性顯著優(yōu)于國際同類產品，且在長程穩(wěn)定性和再生循環(huán)測試中均保持穩(wěn)定。
近年來，天津大學新能源化工團隊探索形成了“催化劑理性設計一精準構筑一應用引領”的研究范例，建立了相對完整的具有自主知識產權的新型高效丙烷脫氫催化劑的專利體系?！拔覀冋谂c行業(yè)領軍企業(yè)合作開展催化劑工程制備與工藝放大研究，實現(xiàn)了新型丙烷脫氫成型催化劑的工程制備，加速突破國外對催化劑技術的壟斷?！痹撜撐牡谝蛔髡?、天津大學化工學院博士生常鑫介紹，這項發(fā)現(xiàn)是化工、化學、材料、物理、數學等學科交叉的結果，可能為相關領域催化劑設計和催化過程解析提供新思路，對加快工業(yè)催化劑創(chuàng)新開發(fā)具有重要意義。
