央廣網(wǎng)天津9月26日消息（記者張強）催化劑被譽(yù)為現代化學(xué)工業(yè)的“心臟”，在眾多化學(xué)反應中發(fā)揮著(zhù)不可替代的加速作用。貴金屬是催化劑中的關(guān)鍵組分，其用量關(guān)乎化工過(guò)程的節能增效，是化工產(chǎn)業(yè)低碳變革和可持續發(fā)展的關(guān)鍵“卡口”。2024年，全球催化劑貴金屬市場(chǎng)規模已接近2000億元。如何最大化貴金屬利用效率、突破其原子經(jīng)濟性極限，已成為國際化工領(lǐng)域競相爭奪的科技制高點(diǎn)。

9月26日，《科學(xué)》（Science）在線(xiàn)刊發(fā)了天津大學(xué)新能源化工團隊題為《原子抽提實(shí)現丙烷脫氫反應中貴金屬全利用》的研究論文。該研究創(chuàng )新性地提出“原子抽提”策略，將在催化中起關(guān)鍵作用的貴金屬鉑原子全部抽提到表面參與催化反應，利用率逼近100%。這一突破為新一代高效、低成本催化劑的設計與制備開(kāi)辟了新路徑，使得貴金屬原子的催化價(jià)值在微觀(guān)尺度上得以極致發(fā)揮，助力化工生產(chǎn)更加低碳、高效、可持續。

在傳統催化反應中，貴金屬原子易聚集成較大顆粒，導致大量原子埋藏在顆粒內部，無(wú)法參與表面反應，催化效率在低位徘徊。這一問(wèn)題在丙烯生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝——丙烷脫氫中尤為突出。丙烯是世界上產(chǎn)量最大的化工品之一，是塑料、橡膠、纖維、醫藥等領(lǐng)域重要的基礎原料，2024年中國丙烯產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量三分之一，總產(chǎn)值超過(guò)6000億元人民幣。丙烷脫氫生產(chǎn)中約有高達三分之二的工藝采用貴金屬催化劑，但傳統催化劑依賴(lài)稀缺貴金屬、原子利用率低，嚴重制約了行業(yè)可持續發(fā)展。

面對這一挑戰，鞏金龍教授帶領(lǐng)研究團隊經(jīng)過(guò)近十年潛心研究，開(kāi)創(chuàng )性地研發(fā)出“原子抽提”技術(shù)：通過(guò)在顆粒表面構造可選擇性吸引貴金屬原子的結構單元，將包埋在顆粒內部的貴金屬原子逐一吸引到表面，實(shí)現了近百分之百的貴金屬原子利用率，顯著(zhù)提高了丙烷脫氫制丙烯的催化效率。相比傳統催化劑，該方法可使貴金屬用量減少約90%。這項突破成功解決了丙烯產(chǎn)業(yè)長(cháng)期面臨的催化劑成本高、貴金屬資源依賴(lài)強等核心瓶頸，為推動(dòng)化工行業(yè)向“低耗、高效、綠色”轉型提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。天津師范大學(xué)、北京大學(xué)及浙江工業(yè)大學(xué)也參與了合作研究。

鞏金龍介紹：“該成果不僅實(shí)現了接近百分之百的貴金屬原子利用率，也為高效催化劑的設計開(kāi)拓了新路徑。我們將持續推進(jìn)基礎研究與應用實(shí)踐的深度融合，為化工行業(yè)綠色低碳轉型提供關(guān)鍵技術(shù)支撐”。

據悉，該技術(shù)為丙烯乃至整個(gè)化工行業(yè)提供了一條低成本、可持續的技術(shù)路徑，是中國在全球催化科技前沿的一次突破。它為保障國家能源安全、推動(dòng)綠色轉型、實(shí)現“雙碳”目標提供了關(guān)鍵利器，彰顯了我國在低碳化工領(lǐng)域前沿基礎的深厚積累。