摘要：丙烷的氧化脱氢(ODHP)是一种有前景的常规丙烷脱氢(PDH)替代方法，反应过程放热，不容易形成焦炭。然而，实现对丙烯的高选择性仍然是一个主要挑战。常规金属氧化物催化剂(MOCs)通常通过Mars-van Krevelen (MvK)机制运行，由于氧气空位上形

丙烷的氧化脱氢(ODHP)是一种有前景的常规丙烷脱氢(PDH)替代方法，反应过程放热，不容易形成焦炭。然而，实现对丙烯的高选择性仍然是一个主要挑战。常规金属氧化物催化剂(MOCs)通常通过Mars-van Krevelen (MvK)机制运行，由于氧气空位上形成亲电氧类物质，在高丙烷转化率(>25%)时具有高的COx选择性(>25%)。

尽管付出了广泛努力，但很少有基于MOC的催化剂在保持高丙烷转化率的同时实现低于10%的COx选择性。协同双原子催化剂中不同的活性位点可以协同激活丙烷和氧，这可以通过促进特定金属位点上的O2吸附而不是氧空位来最小化亲电性氧物种的形成。尽管协同催化的概念已经在其他系统中得到证明，但其在ODHP中的应用在很大程度上仍然未被探索。

近日，北京交通大学王熙和布鲁克海文国家实验室Sanjaya D. Senanayake等报道了一系列通过改进的阳离子交换策略合成的负载双原子催化剂(6种类型，M1M’1-TiO2 DACs)，它们在ODHP中表现出卓越的性能。

结果表明，Ni1Fe1-TiO2催化剂在520 °C下运行1000小时过程中表现出超低的COx选择性(5.2%)，同时保持高的丙烷转化率(46.1%)，烯烃时空产率(STY)达到83.3 mmolcat-1 h-1，优于大多数文献报道的催化剂。此外，研究人员成功地将生产规模扩大到千克级别，突出了其在工业应用中的潜力。

通过机理研究和理论计算结果，揭示了由Ni1和Fe1位点之间的协同相互作用促进的Langmuir-Hinshelwood机制。关键是，Fe1位点促进O2吸附，有效抑制导致COx生成的亲电氧类物质的形成；此外，与单原子Ni1-TiO2和NiO催化剂相比，Ni1Fe1-TiO2 DAC表现出较低的丙烯解吸能垒，有助于提高其催化效率。

总的来说，该项工作强调了DACs通过操纵丙烷和氧的吸附和活化来优化ODHP性能的潜力，为开发保持高丙烷转化率的同时实现低COx选择性的催化剂提供了思路。

Suppressing COx in oxidative dehydrogenation of propane with dual-atom catalysts. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-025-59376-z

王熙，北京交通大学教授、博士生导师。研究方向为燃料电池电芯等新材料和器件研制以及智能表征装备研制。在科技部、基金委、中石化、广东省重点研发等主持项目的支持下，(联合)研制了诸如双束XAFS等国内首创智能表征设备，实现了万吨级高效制氢工业催化剂的工业示范、商业燃料电池电堆研制以及吨级Si@C锂离子电池负极材料产业化制备等。在Nat. Nanotech.、JACS、Angew.、AM、Joule、AIChE J.等期刊发表SCI论文200余篇，被引17000余次、H因子68。应邀担任iScience (Cell子刊)编委和《纤维素科学与技术》副主编等。2021年，团队原子晕策略及工业应用相关成果作为中国科研代表性成果入选《2021科学发展报告》。

来源：MS杨站长