新型丙烯催化剂：化工领域的突破性创新成果

作者段跃初 黄艳红

在科学技术日新月异的今天，每一项重大科研成果的诞生，都可能为人类社会的发展带来深远影响。2024 年 7 月，一则令人振奋的消息从天津大学传来——该校新能源化工团队成功研发出成本低廉、对环境友好的新型丙烯催化剂，这项突破性研究成果于 7 月 19 日凌晨在《科学》杂志以封面论文形式刊发，引发了全球科学界和工业界的广泛关注。

一、丙烯：化工领域的重要基石

丙烯，作为世界上产量最大的化工品之一，在我们的日常生活和工业生产中扮演着至关重要的角色。它是塑料、橡胶、医药等众多领域重要的基础化工原料，从我们日常使用的塑料制品，到汽车轮胎、医疗器械等，都离不开丙烯的身影。

2023 年，我国丙烯产量约占全球总产量的三分之一，总产值超 6000 亿元，这一数字不仅展示了我国在丙烯生产领域的规模和实力，也凸显了丙烯产业对于我国经济发展的重要意义。然而，丙烯的生产并非一帆风顺，其中的技术难题和环境挑战一直是科研人员和产业界亟待解决的问题。

二、传统丙烯生产技术的困境

在众多丙烯生产技术中，丙烷脱氢工艺因经济效益高、石油依赖低等优点，成为了当前的主流生产技术。然而，传统丙烷脱氢催化剂却存在着诸多问题。

传统丙烷脱氢催化剂的原料稀缺且昂贵。这些催化剂往往依赖于贵金属或高毒性元素，如铂、铑等，这些元素不仅价格高昂，而且在地球上的储量有限，随着生产规模的不断扩大，原料供应的压力也日益增大。

传统催化剂的使用还会带来严重的环境污染问题。在催化剂的生产和使用过程中，会产生大量的有毒有害物质，对生态环境和人类健康造成严重威胁。这些问题的存在，使得丙烯生产行业面临着可持续发展的困境，寻找更高效、更廉价、更环保的下一代丙烯催化剂成为了全球化工行业的当务之急。

三、新型丙烯催化剂的研发历程

面对传统丙烷脱氢催化剂的种种问题，天津大学新能源化工团队在负责人巩金龙教授的带领下，展开了艰苦卓绝的科研攻关。团队针对传统丙烷脱氢催化剂往往使用贵金属或高毒性元素的现状，大胆提出使用价格低廉且对环境友好的氧化物与金属产生电子作用从而促进催化过程的科学假设。

在这一假设的指导下，团队成员们夜以继日地开展实验和研究。他们不断调整实验参数，优化实验方案，历经 5 年的不懈努力，终于研发出了氧化钛 - 镍复合催化剂。这种新型催化剂的出现，为丙烯生产技术带来了新的希望。

四、新型丙烯催化剂的反应原理

这种新型氧化钛 - 镍复合催化剂的反应原理是：在丙烷脱氢反应过程中，氧化钛与镍之间产生了强烈的电子相互作用。氧化钛表面的氧原子能够与丙烷分子中的碳氢键发生作用，使其活化；而镍则能够促进碳氢键的断裂，形成丙烯和氢气。这种协同作用使得丙烷脱氢反应能够在相对较低的温度和压力条件下高效进行，提高了反应的转化率和选择性。

五、新型丙烯催化剂的优势

天津大学研发的这种新型氧化钛 - 镍复合催化剂具有诸多显著优势。

从成本角度来看，全球钛、镍资源储量丰富，且价格相对低廉。我国作为钛资源大国，在原材料供应方面具有得天独厚的优势。实验结果显示，使用这种新型催化剂可节约成本 30%至 50%，这将大大降低丙烯的生产成本，提高企业的经济效益和市场竞争力。

在环保方面，新型催化剂采用的是对环境友好的氧化钛和镍元素，避免了传统催化剂中贵金属和高毒性元素的使用，从而实现了催化剂制备和使用过程的无毒化和低能耗，有效减少了对环境的污染。

从性能角度来看，这种新型催化剂的性能优于国际同类产品。它能够更高效地将丙烷转化为丙烯，提高了反应的转化率和选择性，为丙烯的大规模生产提供了有力的技术支持。

六、新型丙烯催化剂的应用领域

这种新型丙烯催化剂的应用领域十分广泛。在塑料工业中，丙烯是生产聚丙烯的重要原料，聚丙烯广泛用于制造塑料制品，如薄膜、管材、板材、注塑制品等。新型催化剂的出现，有助于提高聚丙烯的生产效率和质量，降低生产成本，推动塑料工业的发展。

在橡胶工业中，丙烯可用于生产乙丙橡胶，这种橡胶具有优异的耐老化、耐化学腐蚀和电绝缘性能，广泛应用于汽车部件、建筑防水材料、电线电缆等领域。新型催化剂可以为乙丙橡胶的生产提供更高效、更经济的技术支持。

在医药领域，丙烯是许多药物合成的重要中间体，如抗生素、激素、维生素等。新型催化剂能够为医药行业提供更优质、更稳定的原料供应，促进医药产业的发展。

此外，丙烯还在涂料、胶粘剂、合成纤维等领域有着广泛的应用。新型丙烯催化剂的研发成功，将为这些领域的发展带来新的机遇和突破。

七、新型丙烯催化剂的意义与展望

天津大学新能源化工团队研发的新型丙烯催化剂，不仅是一项科研成果，更是对全球化工行业的一次重大突破。它为下一代烯烃核心技术奠定了科学基础，对于推动我国化工产业的转型升级，提高我国在全球化工领域的竞争力具有重要意义。

从更宏观的角度来看，这项成果对于保障国家能源安全、促进经济可持续发展、保护生态环境等方面都将发挥积极作用。随着新型丙烯催化剂的进一步推广和应用，有望带动整个丙烯产业链的创新发展，催生更多的新技术、新产品和新应用。

同时，我们也应该清醒地认识到，虽然新型丙烯催化剂取得了重大突破，但在其产业化和大规模应用过程中，还可能会面临诸多挑战和问题。例如，如何进一步优化催化剂的性能，提高其稳定性和使用寿命；如何降低催化剂的生产成本，实现大规模工业化生产；如何加强产学研合作，推动科研成果的快速转化和应用等等。

面对这些挑战，需要科研人员、企业界和政府部门共同努力，加强合作与创新。科研人员要继续深入开展研究，不断攻克技术难题；企业界要积极投入资金和资源，推动产业化进程；政府部门要加强政策支持和引导，营造良好的创新环境。相信在各方的共同努力下，新型丙烯催化剂一定能够实现产业化应用，为我国乃至全球化工行业的发展做出更大的贡献。

科学技术是第一生产力，每一项科研成果的背后，都凝聚着科研人员的智慧和汗水。让我们向天津大学新能源化工团队的科研人员致敬，期待他们在未来能够取得更多的科研成果，为人类社会的发展和进步贡献更多的力量！