丙烯是一种非常重要的石油化工原料，被广泛地应用于生产聚丙烯等具有高附加价值的重要化学品。近年来，页岩气产业的迅速崛起，为丙烷脱氢制丙烯反应创造了丰厚的利益空间，丙烷脱氢已成为全球工业化生产丙烯的重要路线之一。截至目前，铂基催化剂被认为是最优异的丙烷脱氢反应催化剂。然而，负载型铂基催化剂（尤其是具有超小金属尺寸的催化剂）在持续的高温反应中极易结焦失活，且金属粒子也易于烧结变大，导致催化剂的催化性能发生不可逆的迅速下降。因而，开发出具有优异的丙烷脱氢催化性能，尤其在催化反应中展现出超好的长效稳定性和循环稳定性的催化剂具有极其重要的意义，然而也极具挑战。

图：纯硅分子筛限域Pt-Zn双金属纳米催化剂用于丙烷脱氢

分子筛材料由于具有规则的微孔孔道结构以及超好的热稳定性，被认为是理想的限域制备超小金属团簇（原子）的载体。吉林大学化学学院于吉红教授团队与厦门大学王野教授合作，采用配体保护-直接氢气还原策略，通过一步水热晶化法，成功地将亚纳米Pt-Zn双金属团簇完全限域在纯硅Silicalite-1（S-1）分子筛纳米晶体内部。与传统的高温煅烧―氢气还原过程所得到的Pt@S-1-C样品相比，采用直接纯氢气还原制备的Pt@S-1-H与PtZn4@S-1-H样品具有显著减小的金属尺寸，亚纳米金属团簇均匀地分散于分子筛的10元环交叉孔道之中。由于超小的金属尺寸以及Pt-Zn双金属之间的协同效应，所制备的PtZn4@S-1-H催化剂展现出优异的丙烷脱氢性能。在550°C催化条件下，丙烯选择性和生成速率分别高达99.3%及65.5 molC3H6gPt-1h-1。此外，在不引入氢气的条件下，PtZn4@S-1-H催化剂在反应13000 min（WHSV = 3.6 h-1）后，催化性能依旧保持稳定，其积碳生成速率低至0.001h-1，仅为PtZn4/Al2O3催化剂在相同测试条件下积碳生成速率的1/200。此外，文章首次发现Cs+离子的引入可以显著地提升PtZn4@S-1-H催化剂的再生稳定性，四次再生循环后，催化剂的丙烷脱氢反应性能保持不变。上述报道的纯硅分子筛限域亚纳米Pt-Zn双金属催化剂在丙烷脱氢反应中展现出迄今为止最高的丙烯选择性和长效稳定性，具有重要的工业应用前景。

文章详情：Qiming Sun, Ning Wang, Qiyuan Fan, Lei Zeng, Alvaro Mayoral, Shu Miao, Ruoou Yang, Zheng Jiang, Wei Zhou, Jichao Zhang, Tianjun Zhang, Jun Xu, Peng Zhang, Jun Cheng, Dong-Chun Yang, Ran Jia, Lin Li, Qinghong Zhang, Ye Wang,* Osamu Terasaki, Jihong Yu*Angew. Chem. Int. Ed.,2020.59,19450-19459.

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202003349