开发了一种具有高热稳定性的Pt封装MFI沸石催化剂，用于乙烷脱氢芳构化反应

《Microporous and Mesoporous Materials》：Development of a Pt-encapsulated MFI zeolite catalyst with high thermal stability for ethane dehydroaromatization

烷烃脱氢芳构化高效催化剂Pt@MFI通过新型水热合成法制备，采用Pt-SiO2前驱体实现金属纳米颗粒稳定封装，提升热稳定性至700℃仍保持3.5nm纳米颗粒尺寸，催化性能优于传统浸渍法催化剂。

　　

浅见赖一 | 吉田健一 | 后藤英和 | 木村健太郎 | 田吾贵

东京理研化学科学与工程系，日本东京目黑区大冈山2-12-1，邮编152-8552

摘要

尽管乙烷脱芳构化（EDA）反应是通过直接二氧化碳氢化将费托合成产生的轻质烯烃进行升级的有效方法，但其苛刻的操作条件对催化剂的稳定性构成了严重挑战。金属包覆的沸石催化剂通过物理抑制金属细颗粒的生长来提高催化活性和热稳定性。然而，由于需要多个步骤来稳定金属前体，制备金属包覆的沸石催化剂较为复杂。

本研究提出了一种具有高热稳定性的Pt包覆MFI沸石催化剂（Pt@MFI）。此外，还开发了一种新的水热合成（HTS）方法来制备Pt@MFI催化剂，该方法使用负载了Pt的二氧化硅（Pt⁰-SiO₂）作为二氧化硅和金属的来源。Pt⁰-SiO₂是通过Pt⁴⁺-SiO₂的液相还原制备的；研究发现，在HTS条件下，Pt⁰-SiO₂中的Pt纳米颗粒是稳定的。对两种烷基芳烃——甲苯和1,3,5-三甲基苯——的氢化反应表明，Pt颗粒主要被包封在沸石颗粒内部。在EDA反应中，Pt@MFI（转化为H型，即Pt@H-MFI）显示出比Pt浸渍的H-MFI（Pt/H-MFI）催化剂更高的脱氢速率，这归因于Pt颗粒的大小。Pt@H-MFI为乙烯的寡聚化和芳构化提供了理想的结构，从而实现了较高的芳烃选择性。透射电子显微镜分析显示，在700°C下反应23小时后，Pt@H-MFI中的Pt颗粒大小仍约为3.5纳米。这些结果证明了通过创新制备方法成功开发出了热稳定的Pt催化剂。

引言

建立碳资源回收过程对于实现碳中和至关重要。通过CO₂氢化的费托合成（FT）是这一过程的代表性候选方法。然而，FT反应遵循安德森-舒尔茨-弗洛里分布，导致产物种类繁多。因此，会产生大量低价值的轻质烷烃。轻质烷烃（C₁–C₄）的直接工业利用仍然具有挑战性，需要在生产后进行额外的重整过程。轻质烷烃还大量存在于天然气[[1], [2], [3]]、页岩气、甲烷偶联过程[4]以及LPG芳构化[5]中。因此，有效利用这些轻质烷烃需要通过脱氢、裂解、寡聚化和芳构化等升级反应，以生产高附加值的化学品和更高级的碳氢化合物。

在轻质烷烃中，由于热力学平衡的限制（见图S1和方程（1）以及未反应的乙烷与生成的乙烯难以分离，单独通过脱氢方法高效利用乙烷特别困难。