隋志军/陈德院士 ACS Catal.：商讨丙烷脱氢Pt催化剂的尺寸依靠性—从簿天职辩到纳米颗粒 – 质料牛

【布景介绍】

目下现古，隋志士Al商丙烷脱氢（PDH）是军陈一种交转达统丙烯斲丧格式的实用妄想。其中，德院的尺贵金属铂（Pt）被用做PDH的讨丙天职活性成份，但其对于丙烯的烷脱抉择性借需提降。正在财富历程中，催寸依从簿增减锡（Sn）做为金属Pt催化剂的化剂增长剂，之后退丙烯的靠性颗粒抉择性，但赫然赫然降降了PDH的纳米牛反映反映速率。此外，质料由于组成焦冰而使催化剂逐渐掉踪活借是隋志士Al商不成克制的问题下场。因此，军陈PDH的德院的尺闭头要供：1）尽可能削减贵金属的操做，如下诞去世躲世产老本；2）正不才活性下，讨丙天职贯勾通接下丙烯抉择性；3）后退抗结焦才气。烷脱比去多少年去，单簿本催化剂患上到快捷去世少，不但可能最小大水下山削减贵金属的操做，而且借可能普遍的操做于化教反映反映规模。因此，单簿本催化剂为设念具备下活性战抉择性的丙烷脱氢催化剂提供了新的蹊径。钻研证实，当金属颗粒的尺寸减小到亚纳米或者簿天职辩时，同样艰深展现出与老例纳米催化剂不开的配合催化功能。因此，有需供系统天钻研从单簿本至亚纳米团簇再到纳米颗粒尺寸对于催化功能的影响，更晴天体味其挨算性知道系，有助于设念出更好的财富催化剂。

【功能简介】

远日，华东理工小大教隋志军副教授战挪威科技小大教陈德院士（配激进讯做者）等人报道了正在丙烷脱氢（PDH）历程中操做的Pt催化剂正在活性、抉择性战晃动性圆里残缺依靠于焦冰的组成。簿本辨此外Pt/Al₂O₃催化剂的周转频率（TOF）分说比亚纳米级团簇战纳米颗粒下约3倍战7倍。正在尺寸为2 nm的Pt颗粒的底部，不雅审核到丙烯抉择性的尺寸依靠性。比力纳米颗粒，亚纳米级团簇对于丙烯抉择性的尺寸依靠性相同。簿本辨此外Pt战小大尺寸的Pt纳米颗粒均具备较下的丙烯抉择性。具备正电荷的簿本辨此外Pt中间赫然赫然增强了活性，削强了对于丙烯的吸附，并停止了深度脱氢。此外，不存正在多个Pt-Pt位面，实用天抑制了其余副反映反映（C-C裂解等），是之后退了丙烯的抉择性战晃动性。总之，该工做证明了背载型簿天职辩Pt催化剂正在丙烷的下度抉择性脱氢中的操做远景。该工做功能以题为“Size Dependence of Pt Catalysts for Propane Dehydrogenation: from Atomically Dispersed to Nanoparticles”宣告正在驰誉期刊ACS Catal.上。

【图文解读】

图一、不开背载量Pt/Al₂O₃催化剂的形貌战挨算
（a, c, e）0.1％Pt/Al₂O₃、0.3％Pt/Al₂O₃战3％Pt/Al₂O₃低放大大倍率的新制催化剂的典型HAADF-STEM图像战粒径扩散；

（b, d）0.1％Pt/Al₂O₃战0.3％Pt/Al₂O₃下放大大倍率的新制催化剂的典型HAADF-STEM图像战粒度扩散；

（f）3％Pt/Al₂O₃催化剂的HRTEM图像战FFT模式；

（g）0.05％Pt/Al₂O₃、0.5％Pt/Al₂O₃、1％Pt/Al₂O₃战5％Pt/Al₂O₃催化剂的典型HAADF-STEM图像，战5％Pt/Al₂O₃-600战5％Pt/Al₂O₃-700的典型TEM图像。

图二、尺寸对于催化功能的影响
（a-b）不开Pt背载量的Pt/Al₂O₃催化剂的丙烷转化率战抉择性；

（c）比力初初TOF_propane 战不开Pt粒径（Pt载量）的催化剂抉择性；

（d）比力TOF_propane 战0.1％Pt/Al₂O₃催化剂与其余报道的Pt基催化剂的抉择性；

（e）正在相似的丙烷转化率下，比力具备无开Pt背载量的Pt/Al₂O₃催化剂的丙烯抉择性；

（f）比力不开尺寸（背载）的Pt/Al₂O₃催化剂的初初战事实下场抉择性。

图三、不开背载量Pt/Al₂O₃催化剂的Pt 4d_5/2XPS光谱

图四、不合时候下，尺寸依靠性的修正
（a-c）0.1％Pt/Al₂O₃、0.3％Pt/Al₂O₃战3％Pt/Al₂O₃催化剂正在不合时候下吸附CO的DRIFTS。

图五、不开背载量Pt/Al₂O₃催化剂上丙烷脱氢的表不美不雅活化能

图六、不开晃动下，尺寸依靠性的修正
（a-c）0.1％Pt/Al₂O₃、0.3％Pt/Al₂O₃战3％Pt/Al₂O₃催化剂正在不开温度下吸附C₃H₆的DRIFTS。

图七、不开背载量Pt/Al₂O₃催化剂的H2-TPD直线

图八、尺寸对于焦冰功能战催化剂晃动性的影响
（a-d）正在PDH反映反映4 h后，0.1％Pt/Al₂O₃、0.3％Pt/Al₂O₃、3％Pt /Al₂O₃战掉踪效的不开尺寸Pt/Al₂O₃催化剂的典型TEM图像。

图九、正在O₂（真线）战N₂（真线）空气下，不开背载量掉踪效Pt/Al₂O₃催化剂的TG直线

图十、不开载量掉踪效Pt/Al₂O₃催化剂的热解GC-MS图像

【小结】

综上所述，做者收现了Pt基催化剂的活性、抉择性战晃动性赫然赫然与决于Pt的尺寸（簿天职辩、亚纳米级团簇战纳米颗粒）。测试下场批注，当Pt颗粒尺寸减小至亚纳米级团簇（<1 nm）时，特意是Pt颗粒为簿本级分说时，下度辨此外Pt/Al₂O₃催化剂隐现出劣秀的催化功能，同时贯勾通接了较下的丙烯的抉择性战晃动性。其中，劣秀的功能是由于带正电的Pt中间，有利于丙烷的劣先吸附，同时劣选吸附正在簿本辨此外Pt/Al₂O₃催化剂上的丙烯脱附。此外，不存正在多个Pt-Pt位面，实用抑制需供多个Pt簿本组开的C-C裂化，改擅了丙烯的抉择性战抗焦化才气。总之，该工做系统天论讲了丙烷脱氢用Pt/Al₂O₃催化剂的尺寸依靠性。簿本辨此外Pt/Al₂O₃催化剂是一种新型、下效的丙烷脱氢催化剂，具备很小大的财富操做后劲。

文献链接：Size Dependence of Pt Catalysts for Propane Dehydrogenation: from Atomically Dispersed to Nanoparticles.（ACS Catal., 2020, DOI: 10.1021/acscatal.0c03286.）

本文由CQR编译。

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