陆安慧、易颜辉：丙烷氧化脱氢制丙烯取得新进展

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丙烯是现代化学工业生产中一种重要的基础原料，具有广泛的下游产业链条，如聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷和聚丙烯酸等。近年来，受到丙烯下游产品的拉动，国内的丙烯当量缺口依然巨大。低碳烷烃催化转化制烯烃是解决烯烃原料过度依赖石油资源的重要途径，同时可以提升低碳烷烃资源利用价值。低碳烷烃氧化脱氢制烯烃工艺不受热力学平衡限制、不易积炭、反应温度低，有利于提高反应效率，降低能耗，是工业催化领域的研究热点。传统的金属氧化物具有较好的催化活性，但容易造成烯烃的过度氧化。大连理工大学陆安慧教授团队创制以氮化硼为代表的硼基催化材料并报道了其在低碳烷烃氧化脱氢反应中显示出高的催化活性和优异的烯烃选择性，几乎没有完全氧化产物CO2生成（ChemCatChem, 2017, 9, 1788; Chem. Commun., 2018, 54, 10936; J. Catal. 2019, 369, 296; ACS Catal. 2019, 9, 8263; J. Catal. 2020, 385, 176; Chin. J. Catal. 2020, 41, 1837）。这为低碳烷烃C−H键选择性断裂开辟了新路径。因此，受邀对硼基催化剂催化烷烃氧化脱氢制烯烃的相关研究进行了总结与展望，发表在Chemical Society Review上（Chem. Soc. Rev., 2021, 50,1438）。
        深入的研究发现氮化硼对氧化脱氢反应是惰性的，经历诱导期后，暴露的硼边缘缺陷在反应气氛下发生氧官能化才使得优异催化性能显现（Chin. J. Catal. 2018, 39, 908）。因此，如何制备富含缺陷位、高活性的氮化硼催化剂成为当前的研究热点。鉴于低温等离子体能够产生高能自由基、离子和电子，进而修饰材料的表面化学结构，实现材料的官能化与缺陷位的可控创制。大连理工大学的陆安慧教授与易颜辉副教授合作报道了一种等离子体调变氮化硼表面局域环境的新方法，制备了富含氮缺陷位，可高效催化丙烷氧化脱氢制丙烯的氮化硼。作者选用四种不同等离子体气氛（N2, O2, H2, Ar），期望分别实现氮化或脱氮、氧官能化、还原和刻蚀氮化硼的目的。如图1所示，N2处理后氮化硼展现出最佳的催化性能。

图1 经过N2与O2等离子体处理后氮化硼的丙烷转化率与产物选择性

        结合多种谱学分析结果，作者提出等离子体处理过程中会产生两种类型的氮缺陷。其中由氮气等离子体刻蚀形成的三硼中心型缺陷(TBC)在氧化脱氢气氛下更易转变为活性位催化丙烷转化为丙烯（图2）。该研究结果为高效氮化硼催化剂的设计提供了一条新的方法，也为氮化硼的活性起源和含硼催化剂的理性设计提供了新的认识。

图2 氮缺陷的产生及活性物种的演变

         这一成果以“Plasma Tuning Local Environment of Hexagonal Boron Nitride for Oxidative Dehydrogenation of Propane”为题，发表在Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202106713），文章的第一作者是大连理工大学硕士研究生刘占凯。通讯作者是大连理工大学陆安慧教授与易颜辉副教授。该工作得到国家自然科学基金国家重点项目（21733002）、国家重点研发计划（2018YFA0209404）的支持。
       原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202106713




       文章来源：大连理工大学
       陆安慧教授，大连理工大学博士生导师，化工学院院长，国家杰出青年科学基金获得者、科技部中青年科技创新领军人才、教育部长江学者特聘教授，教育部新世纪优秀人才支持计划入选者。聚焦能源高效清洁利用领域，主要从事多孔材料的制备及在能源催化转化过程中的基础和应用研究。在新型多孔炭的溶液合成及功能高效集成等科学前沿问题的研究中取得重要突破。首次提出“纳米空间限域热解”策略，创制胶体型炭，解决了纳米炭易团聚粘连的科学难题；在国际上首次利用聚苯并噁嗪炭源实现了含氮多孔炭的一步合成；从分子底层设计出发，实现了纳米材料孔道与形貌的精准调变及功能高效集成，显著提升了多孔材料的CO2吸附分离性能，实现了低碳资源临氧催化转化过程创新，推动了胶体催化技术和磁控分离催化技术发展。承担并主持多项国家自然科学基金、973国家重大计划专项课题、教育部重点计划等各类重点项目，以及多项国内外企事业委托项目。创新成果受到国内外同行高度认可，彰显重要的国际影响力，被Materials Views中国、国际著名评论期刊Materials Today等报道。已发表论文160余篇，被引10000余次，H-index为47，受邀出版英文专著2部，获得授权专利12件，在美国ACS年会、国际炭会议等具有影响力的会议上做大会或邀请报告40余次。部分成果获辽宁省自然科学一等奖、中国化学会-巴斯夫公司青年知识创新奖，是Elsevier 年度化学领域高被引学者。培养的博士生、硕士生多人获得辽宁省优秀学位论文称号。
       易颜辉，博士，硕士生导师，化工学院讲师，化学学院博士后，大连理工大学“星海骨干”。主要从事多相催化和等离子体催化在能源、环境及精细化学品合成等领域的应用基础研究。在参加工作1年时间内，作为项目负责人申请到1项国家级科研项目（国家自然科学基金青年基金）和3项省部级科研项目（中国博士后科学基金特助项目、中国博士后科学基金一等面上项目、化学品安全控制国家重点实验室开放课题）。已在Angew. Chem. Int. Ed.（IF:11.994, 化学TOP期刊, 2篇）、AIChE. J（IF:2.98，化学工程TOP1期刊, 2篇）、ACS Catal.（IF:10.614，催化TOP期刊, 2篇）、Catal. Sci. Tech.（IF:5.773，催化TOP期刊）、Chem. Eng. J.（IF:6.216，化学工程TOP期刊）等国际著名期刊发表论文13篇。已申请7项专利，授权4项。以第一作者撰写英文专著一章（Plasma-Catalysis: Fundamental and Applications, Elsevier,2018）。2015年入选大连理工大学“星海骨干”人才培养计划。担任ChemSusChem, Catalysis Science & Technology, Applied SurfaceScience, International Journal of Hydrogen Energy, Plasma Science &Technology等国际期刊审稿人。