天津大學(xué)日前打破傳統實(shí)驗“試錯法”局限，取得了開(kāi)發(fā)重要化工催化材料的新進(jìn)展。該校新能源化工團隊通過(guò)合金催化劑“孤立度”描述符的構建，只需向程序輸入催化劑結構參數，就能夠實(shí)現烷烴脫氫催化劑“一鍵篩選”。

該研究得到國家自然科學(xué)基金和科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃支持，相關(guān)成果近日發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》。

圖為催化劑設計策略

丙烯是全球產(chǎn)量最高、應用最廣的基礎化工原料之一，在工業(yè)生產(chǎn)中作用巨大?！氨槊摎浞ā笔悄壳笆袌?chǎng)占有率增長(cháng)最快、最具前景的丙烯生產(chǎn)技術(shù)之一。然而，我國現有的“丙烷脫氫”工藝主要依賴(lài)高價(jià)進(jìn)口的成熟工藝包，作為工藝核心的催化劑被發(fā)達國家牢牢把持。缺乏自主知識產(chǎn)權的丙烷脫氫催化劑成為國內化工業(yè)的短板弱項。

圖為烷烴脫氫催化劑

傳統丙烯生產(chǎn)工藝采用實(shí)驗“試錯法”研發(fā)催化劑，往往需要數月甚至數年時(shí)間，消耗大量人力物力財力。通常，采用“試錯法”得到的催化劑結構、組成較為復雜，導致催化劑-反應性能的構效關(guān)系難以明確，這也成為催化劑開(kāi)發(fā)創(chuàng )新的“屏障”。

天津大學(xué)新能源化工團隊以“實(shí)踐論”為指導，提出了“催化微環(huán)境預測催化性能”的方法。他們創(chuàng )新算法，借助計算機程序發(fā)現了烷烴脫氫“單位點(diǎn)”合金催化劑的設計新途徑，即只需獲得催化劑的電子、幾何結構參數“孤立度”，就能描述出烯烴選擇性等性能，從而加速遴選性能優(yōu)異的催化劑材料?；谠摲椒?#xff0c;研發(fā)的新型鉑基催化劑貴金屬用量降低超60%，可大幅度節約生產(chǎn)成本，提升了催化劑市場(chǎng)競爭力。實(shí)驗證明，新型催化劑的丙烯選擇性顯著(zhù)優(yōu)于國際同類(lèi)產(chǎn)品，且在長(cháng)程穩定性和再生循環(huán)測試中均保持穩定。

近年來(lái)，天津大學(xué)新能源化工團隊探索形成了“催化劑理性設計—精準構筑—應用引領(lǐng)”的研究范例，建立了相對完整的具有自主知識產(chǎn)權的新型高效丙烷脫氫催化劑的專(zhuān)利體系?！拔覀冋谂c行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)合作開(kāi)展催化劑工程制備與工藝放大研究，實(shí)現了新型丙烷脫氫成型催化劑的工程制備，加速突破國外催化劑技術(shù)壟斷?！睋撜撐牡谝蛔髡?、天津大學(xué)化工學(xué)院博士生常鑫介紹，“這項發(fā)現是化工、化學(xué)、材料、物理、數學(xué)等學(xué)科交叉的結果，可能會(huì )為相關(guān)領(lǐng)域催化劑設計和催化過(guò)程解析提供新思路，對加快工業(yè)催化劑創(chuàng )新開(kāi)發(fā)具有重要意義?！?#xff08;新華社記者 張建新）