催化劑被譽為現代化學工業的“心臟”，在眾多化學反應中發揮著不可替代的加速作用。貴金屬是催化劑中的關鍵組分，其用量關乎化工過程的節能增效，是化工產業低碳變革和可持續發展的關鍵“卡口”。2024年，全球催化劑貴金屬市場規模已接近2000億元。如何最大化貴金屬利用效率、突破其原子經濟性極限，已成為國際化工領域競相爭奪的科技制高點。
9月26日，《科學》（Science）在線刊發了天津大學新能源化工團隊題為《原子抽提實現丙烷脫氫反應中貴金屬全利用》的研究論文。該研究創新性地提出“原子抽提”策略，將在催化中起關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辟了新路徑，使得貴金屬原子的催化價值在微觀尺度上得以極致發揮，助力化工生產更加低碳、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，無法參與表面反應，催化效率在低位徘徊。這一問題在丙烯生產的關鍵工藝，丙烷脫氫中尤為突出。丙烯是世界上產量最大的化工品之一，是塑料、橡膠、纖維、醫藥等領域重要的基礎原料，2024年中國丙烯產量占全球總產量三分之一，總產值超過6000億元人民幣。丙烷脫氫生產中約有高達三分之二的工藝采用貴金屬催化劑，但傳統催化劑依賴稀缺貴金屬、原子利用率低，嚴重制約了行業可持續發展。
面對這一挑戰，鞏金龍教授帶領研究團隊經過近十年潛心研究，開創性地研發出“原子抽提”技術：通過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，實現了近百分之百的貴金屬原子利用率，顯著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業長期面臨的催化劑成本高、貴金屬資源依賴強等核心瓶頸，為推動化工行業向“低耗、高效、綠色”轉型提供了關鍵技術支撐。天津師范大學、北京大學及浙江工業大學也參與了合作研究。
鞏金龍介紹：“該成果不僅實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拓了新路徑。我們將持續推進基礎研究與應用實踐的深度融合，為化工行業綠色低碳轉型提供關鍵技術支撐”。
據悉，該技術為丙烯乃至整個化工行業提供了一條低成本、可持續的技術路徑，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、推動綠色轉型、實現‘雙碳’目標提供了關鍵利器，彰顯了我國在低碳化工領域前沿基礎的深厚積累。
來源：2025年9月26日 中國日報網
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