本站讯 9月26日，《科学》（Science）在线刊发题为“原子抽提实现丙烷脱氢反应中贵金属全利用（Full utilization of noble metals by atom abstraction for propane dehydrogenation）”的研究论文。该研究提出“原子抽提”新策略，实现了催化剂中贵金属原子利用率接近100%，为低碳高效的化工生产开辟了新路径。此为天津师范大学首次作为通讯单位在《科学》刊发论文。

催化剂被誉为现代化学工业的“心脏”，在众多化学反应中发挥着不可替代的加速作用。贵金属是催化剂中的关键组分，其用量关乎化工过程的节能增效，是化工产业低碳变革和可持续发展的关键“卡口”。2024年，全球催化剂贵金属市场规模已接近2000亿元。如何最大化贵金属利用效率、突破其原子经济性极限，已成为国际化工领域竞相争夺的科技制高点。

在传统催化剂中，贵金属原子易聚集成较大颗粒，导致大量原子埋藏在颗粒内部，无法参与表面反应，催化效率在低位徘徊。这一问题在丙烯生产的关键工艺，丙烷脱氢中尤为突出。丙烯是世界上产量最大的化工品之一，是塑料、橡胶、纤维、医药等领域重要的基础原料，2024年中国丙烯产量占全球总产量三分之一，总产值超过6000亿元人民币。丙烷脱氢生产中约有高达三分之二的工艺采用贵金属催化剂，但传统催化剂依赖稀缺贵金属、原子利用率低，严重制约了行业可持续发展。

面对这一挑战，巩金龙教授带领研究团队经过近十年潜心研究，开创性地研发出“原子抽提”技术：通过在铂铜（PtCu)单原子合金中引入锡（Sn）原子，让包埋在Cu纳米颗粒内部的Pt单原子被牵引到颗粒表面，并以金属态稳定存在。该策略实现了近百分之百的贵金属原子表面分散度。在丙烷脱氢工业相关反应条件下，所开发的催化剂在Pt用量仅为类商用催化剂十分之一的情况下，仍表现出相当的催化活性，并具备更优的稳定性和选择性。机理研究表明，原子半径较大的Sn原子更易占据Cu颗粒表面位置，且Pt-Sn键作用强于Pt-Cu和Sn-Cu，显著提高了Pt向表面迁移的倾向，使得其原子表面分散度接近100%。这一表面结构也有利于反应中间体的脱附并抑制深度脱氢路径，从而提高选择性。这项突破成功解决了丙烯产业长期面临的催化剂成本高、贵金属资源依赖强等关键瓶颈，为推动化工行业向“低耗、高效、绿色”转型提供了重要技术支撑。

据该论文共同第一作者、天津大学化工学院孙国栋博士介绍：“下一步，团队将继续深耕烯烃生产技术领域，助力我国自主掌握下一代烯烃生产催化剂的关键核心技术，推动化工行业向更环保、高效、可持续的方向发展。”

据悉，该项工作由天津大学牵头，该技术为丙烯乃至整个化工行业提供了一条低成本、可持续的技术路径，是中国在全球催化科技前沿的一次突破。它为保障国家能源安全、推动绿色转型、实现“双碳”目标提供了关键利器，彰显了我国在低碳化工领域前沿基础的深厚积累。

图片由党委宣传部 科学技术处提供

编辑：张立新