丙烷脱氢（PDH）生产丙烯迫切需要开发具有丰富、无毒、低成本以及高性能的催化剂。

近日，中国石油大学（北京）Zhenfei Gao，刘百军教授，Zhen Zhao报道了通过原位还原制备的纯TiO₂纳米颗粒表现出优异的催化PDH性能。在600 ℃时，丙烷初始转化率可达67%，丙烯单程收率为45%。在550℃时，丙烷转化率为21%，丙烯选择性高达94%。

文章要点

1）研究人员根据异位/原位表征结果和量子化学计算结果，对活性中心的动态形成和反应机理进行了详细的研究。还原性丙烷及其衍生物可与纳米锐钛矿型TiO₂的表面晶格氧反应，形成氧空位和配位不饱和Ti阳离子（Ti_cus），从而可以催化高丙烯选择性的PDH，同时C₃H₆的生成速率与表面氧空位浓度成正比。

2）研究发现，具有高表面能的纳米TiO₂的Ostwald熟化是形成氧空位的关键。纳米TiO₂在高温下的团聚使晶格氧原子移动和活跃，这些氧原子被突然消耗，从而更容易形成氧空位和氧空位。此外，表面氧空位浓度还受热能和势能驱动的氧从体相向表面迁移的速率（浓度差）的影响。

Zean Xie, et al, Highly Active Nanosized Anatase TiO_2−x Oxide Catalysts In Situ Formed through Reduction and Ostwald Ripening Processes for Propane Dehydrogenation, ACS Catal. 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02825

https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c02825