北海道大学
(左)粉末形式的铂-钴-铟催化剂；(右)氧化铈(氧化铈，底部插图中的结构)载体上的催化剂(顶部插图中的结构)的电子显微照片
信用:新亚古川 研究人员开发了一种用于合成丙烯的创新催化剂，这种催化剂对化学工业和碳回收有潜在的好处
他们的发现发表在《自然催化》杂志上
丙烯是一种无色易燃的烃类气体，是生产各种石化产品的重要原料
由于需求增加和全球供应有限，迫切需要开发新的高效生产技术
一种很有前途的生产丙烯的技术是一种叫做氧化脱氢的化学反应，它利用二氧化碳通过去除氢气将丙烷气体转化为丙烯
然而，用于加速这种化学反应的现有催化剂并不十分有效
“目前的挑战是开发一种催化剂，既能活化反应物丙烷和二氧化碳，又不会发生不必要的副反应
它还需要长期稳定和可重复使用，”北海道大学分子工程师古川信亚解释道
为了实现这一目标，古川和他的同事开发了一种由三种不同金属(铂、钴和铟)制成的催化剂，每种金属都是根据其特定性能选择的
铂被选为主要的活性金属，因为它能够破坏碳和氢之间的化学键，从而使脱氢反应成为可能
钴加速了CO2的捕获和活化，而铟增强了催化剂的选择性
这些金属被固定在由氧化铈制成的载体上，氧化铈是一种常用于汽车催化转化器的化合物
催化作用机理
铂将丙烷(C3H8)转化为丙烯(C3H6)，而钴捕获并激活CO2
当与铟混合在一起并固定在氧化铈载体(CeO)上时，丙烯的形成与CO2的脱氧有关，并且是丙烷特有的
水(H2O)和碳氧化物(考克斯)是副产品(新亚古川)
信用:新亚古川 研究人员在550℃测试了催化剂的活性，并将结果与现有催化剂进行了比较
他们还进行了一项机理研究，以了解不同组分的功能，并发现催化剂将丙烯形成反应与CO2的脱氧联系起来，并确保催化活性是丙烷特有的；水和碳氧化物作为副产品形成
此外，他们发现与其他系统报道的典型值相比，该催化剂将反应速率提高了大约五倍
与以前的催化剂相比，该反应在550℃产生了更高比例的丙烯并利用了更多的CO2
催化剂还表现出良好的长期稳定性和可重复使用性
到目前为止，还没有其他催化剂同时显示出高催化活性、选择性、稳定性和二氧化碳利用效率
我们的多功能材料满足所有这些要求，”古川说
该研究为石油化工生产中高效催化剂的设计提供了新的见解，并对碳回收和温室气体减排具有潜在的益处
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