田春贵: 基于真空辅助路线实现Pt簇在SAPO-11上的高分散担载

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正构烷烃加氢异构化制备异构化烷烃是提高燃油品质（降低凝点、增加十六烷值、提高燃烧效率）的重要途径。该反应需经历脱氢-异构化-加氢三个主要步骤。传统的方法是将Pt（优异的加/脱氢催化剂）经浸渍沉积在分子筛（具有酸性位的催化异构化载体）上获得具有金属位/酸性位的双功能催化剂。这种浸渍路线获得的Pt颗粒尺寸较大且在载体上分散不均匀，导致Pt与载体孔口处的酸性位协同较差，需在较高的担载量（≥0.5%）时才能达到较好的加氢异构化效果。降低Pt担载量并提高催化剂性能具有很大的挑战性。

SAPO-11（S-11）等分子筛孔口处具有利于异构化反应的酸性位点，且孔间距约为1nm。基于该特点，黑龙江大学付宏刚教授团队设想将尺寸约为1nm的Pt簇高分散沉积在S-11上可获得Pt催化加/脱氢能力强、对载体酸性位点覆盖少及Pt金属与酸性位高效协同的双功能催化剂。团队认识到载体孔道内的气阻会削弱金属母体与载体的作用，致使Pt尺寸较大、分散性不好，降低了其与载体的协同催化效果。因此，发展了基于“真空辅助”的路线实现Pt在S-11上的担载（V-Pt/S-11）。真空处理降低分子筛孔道气阻后，孔道强的毛细管作用会增强Pt母体与载体的作用力，促进其在孔口附近富集（部分进入孔道）。通入氢气可使Pt物种在孔口附近还原形成Pt核，进而生长形成分散的约1 nm的Pt簇。测试指出，担载痕量Pt簇（0.15wt.%）的V-Pt/S-11具有优异的催化十六烷加氢（n-16）异构化性能 (n-16转化率≈94.3% 时异构化选择性≈94.4%），远高于传统浸渍法获得的催化剂（n-16转化率为≈90%时异构化选择性≈88%）及文献报道催化剂的性能。在连续运行100 h后，催化效果没有显著变化。即使在更低的Pt担载量时（0.035%wt），V-Pt/S-11仍具有优于传统浸渍法获得的高担载量催化剂的性能。进而，团队证实V-Pt/S-11也具有优异的催化基础油加氢异构化能力，降凝超过40oC，证明其在燃油催化降凝中的应用潜能。该工作为设计低贵金属、高效协同的催化剂提供了新途径。研究工作发表在Small Methods， https://doi.org/10.1002/smtd.201800510。第一作者为黑龙江大学博士研究生王东旭，田春贵教授和付宏刚教授为共同通讯作者。