西北工程研究人員展示了一種新的化（huà）學催化方法，該方法可（kě）使用較少的能量來提高丙烯的收率。這些發現可以支持許多塑料（liào）的更節能生產過程。

作為產量最高的化學產品之一，每年生產的（de）丙烯價值超過1000億美元，主要用於生產各種材料的（de）聚丙烯，從汽車零件的注塑到消費（fèi）品。生產丙烯也是能源（yuán）密集型的，需要約800攝氏度的溫度才能將丙烷（wán）氣轉化為（wéi）丙烯。

長期以來，研究人員一（yī）直在研究一種稱為氧化脫氫的技術，該技術是（shì）一種不受丙烷限製且不受高溫限製的丙烯生產方法。該方法使丙烷和氧氣在催化劑上反應，生成丙烯和水。但是，由（yóu）於丙烯比丙烷（wán）對氧氣的反應（yīng）性更高，因（yīn）此該反應（yīng）通常僅產生少量的丙烯。

麥考密克工程學院化學與生（shēng）物工程學教（jiāo）授（shòu）賈（jiǎ）斯汀·諾丁斯坦（tǎn）（Justin Notestein）表示（shì），這種反應是有效的，但類似於打開煤氣（qì）燒烤爐在家做飯時，您（nín）不會產生丙烯，而（ér）隻是燃燒丙烷。該研究的共同通訊作者補充說，我（wǒ）們沒有尋找合適的催化劑，而是將氧化脫氫反應分解為兩個部（bù）分：脫氫和選擇性氫燃燒，然後設計了一種（zhǒng）可按特定順序進行兩種反應的串聯（lián）材料。這產生了到目前報（bào）道過的最高的效率。

3月19日，在《科學》雜誌（zhì）上（shàng）發表了一篇（piān）題為“"Tandem In2O3-Pt/Al2O3 Catalyst for Coupling of Propane Dehydrogenation to Selective H2 Combustion”的論文（wén）。溫伯格文（wén）理學院（yuàn）的化學教授彼（bǐ）得·斯特爾（Peter Stair）是該論文的另一位同時通（tōng）訊作者。

在這種（zhǒng）新方法中，研究人員設計了兩種具有納米級接近度的催化劑：一種鉑基催化劑，可以選擇性地從丙烷中除去氫以生成丙烯；另一種氧（yǎng）化銦基催化劑，可以選擇性地燃燒氫，但不燃燒丙烷或丙烯（xī）。

我們（men）發現納米結構確實很重要（yào）， Notestein說，鉑上的氧化銦效果很好。氧化銦上的鉑效果不佳。物（wù）理上與（yǔ）氧化銦結合的鉑不起作用。即使兩種催（cuī）化劑都可以（yǐ）完成兩種反應，這種納米結構也能夠分離和排列反應。這種結構很常見在生物（wù）學上，但是在（zài）人造材料上非常罕見。

該小組的測試顯著（zhe）提高（gāo）了丙烷產量以生產丙（bǐng）烯。在450攝氏度下，通過單次通過反應器，測試可產生30％的收（shōu）率，同時確保丙烷（wán）中超過75％的碳原子繼續變成丙烯。相比之下（xià），在沒有氧氣的情況（kuàng）下加（jiā）熱丙烷時，收率不可能超過24％，而且所（suǒ）需（xū）的（de）催化劑通常（cháng）不穩定。

沒（méi）有人證明產量超過了（le）這些熱力學極限， Notestein說，從效用的角（jiǎo）度來看，我們的結果是第一個真正證明（míng）試圖氧化而不是僅進行脫氫反應的理由。

該係統的簡單設計可以通過調節反應器條件並改變兩種催化劑組分來進一步（bù）優化。當前產生（shēng）更高產量的方法需要更複雜和（hé）昂貴（guì）的工程解決方案。

美國西北（běi）部可持續與能源研究所下屬的催化（huà）和表麵科學中心（xīn）主任Notestein說，由於我們依靠工程技術方麵經過驗證的設計（jì）-建（jiàn）造-測（cè）試周期，因（yīn）此可能還（hái）會有更多的（de）改進。這些發現（xiàn）為我們提供了新的成分（fèn）和合理的策（cè）略，以嚐試尋找高性能的催化劑體係。這對於能源消耗非常重要且目（mù）前的工程策略可能不可行的小型化工廠（chǎng）尤其有利。 他（tā）補充說（shuō），該（gāi）團隊的方法反映（yìng）了國（guó）家科學基金會的Alkane資源創新和戰略轉（zhuǎn）型中心（CISTAR）的更大努（nǔ）力，該中心為這項工作提供了資金。

這些發現還可以進一步提高製造許多用於結構和材料應用的塑料的能源效率。例如，汽車中的塑料（liào）部件使汽車重量更輕，能源（yuán）效率更高（gāo），而聚合物房屋外牆和壁板（bǎn）則經久耐用（yòng），有助於保持房（fáng）屋的溫暖和幹（gàn）燥。

Notestein說，塑料雖然受（shòu）到了很多破壞，但對於現代社會來說（shuō）是必不可少的，包括努力使（shǐ）社（shè）會更加（jiā）節能。使用這種新方法製造丙烯和聚丙烯等（děng）材料的（de）能源消耗可能會大大降低，這對每個人來說都是個好消息。

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