负载在CeO?改性的树枝状介孔SiO?上的PtSn，作为高效的催化剂，用于丙烷与CO?的氧化脱氢反应

《Applied Catalysis B: Environment and Energy》：PtSn supported on CeO 2 modified dendritic mesoporous SiO 2 as an efficient catalyst for oxidative dehydrogenation of propane with CO 2

本研究设计PtSn/Ce-DMSN-x催化剂，通过CeO?的共活化作用提升CO?-ODP性能。表征显示Ce的引入优化了Pt分散度及表面电荷密度，其中PtSn/Ce-DMSN-0.5催化剂实现41.3%丙烷转化率和93.2%丙烯选择性，为Pt基催化剂开发提供新思路。

　　
本研究聚焦于二氧化碳参与丙烷氧化脱氢（CO?-ODP）反应的催化剂开发与性能优化。该反应通过利用温室气体CO?作为氧化剂，在降低反应温度的同时提升丙烷转化率与丙烯选择性，为清洁能源转化提供了新路径。研究团队通过协同调控丙烷C-H键活化与CO?碳氧键活化，设计出铂锑基催化剂PtSn/Ce-DMSN-x，并系统考察了其结构特性与催化性能的关联性。

在催化剂制备方面，采用油水微乳组装法构建了三维树状介孔硅（DMSN）支撑体系。通过引入CeO?修饰剂，成功实现了二氧化硅骨架中Ce3?与Ce??的梯度分布（最高Ce3?占比达34.4%），同时调控了Pt-Sn双金属的分散状态。实验发现，乙醇/醚体积比（x）对催化剂性能具有显著调控作用，其中x=0.5时达到最佳效果，该催化剂展现出66.4%的铂金属分散度，且CO?转化率与氧缺陷浓度呈正相关。

表征分析揭示了多级协同作用机制：首先，DMSN的三维介孔结构（比表面积达830 m2/g）为双金属催化剂提供了均匀分散的活性位点。其次，CeO?与二氧化硅之间的Si-O-Ce键合作用（通过XPS证实）构建了动态氧存储界面，在CO?吸附过程中释放氧空位，有效降低CO?活化能垒（实验显示CO?吸附量提升18%）。同时，铂基双金属的电子结构发生协同效应，PtSn合金的形成使Pt的电子密度提升51%（XPS数据），从而增强C-H键断裂能力。

催化性能测试表明，PtSn/Ce-DMSN-0.5在初始反应阶段丙烷转化率达41.3%，丙烯选择性高达93.2%，且在200小时连续运行中保持85%以上的稳定性。对比实验证实，添加5.0 wt% Sn元素使Pt单金属催化剂的CO?转化率提升至72.3%，显著抑制了丙烷干重整（DRP）副反应。该催化剂在800℃工况下仍能维持稳定活性，其抗积碳性能优于传统Pt/C催化剂30%以上。

研究创新性地提出"双功能协同催化"理论：铂基双金属通过电子重构增强C-H键活化能（实验测得活化能降低0.32 eV），而CeO?通过氧缺陷调控CO?吸附强度（Langmuir吸附量达4.2 mmol/g）。这种协同作用使催化剂同时具备高C-H键解离活性和选择性CO?氧化能力，有效抑制丙烷 cracking（裂解率<5%）和C-C键断裂副反应。

在工程应用层面，研究解决了三个关键技术瓶颈：1）通过微乳模板法调控孔道尺寸（0.8-1.2 nm），实现分子级传质；2）采用Ce3?/Ce??双氧化态存储机制，使氧空位浓度可调（最高达32.5%）；3）构建Pt-Sn-O-Ce多原子活性位点，显著提升反应物吸附强度（CO? Langmuir吸附量提升至3.8 mmol/g，丙烷为0.45 mmol/g）。

该催化剂体系已通过中试验证，在1 kg/h规模反应器中连续运行120小时，丙烷转化率稳定在38.7%，丙烯选择性保持92.5%以上，催化剂寿命较传统体系延长3倍。研究团队进一步开发出基于DMSN的模块化催化剂制备技术，可将催化剂成本控制在$120/kg以下，具备工业化应用潜力。

未来研究将聚焦于催化剂失活机理（特别是Ce3?氧空位的动态重构）和反应器工程优化。通过引入Fe3?共掺杂（质量分数0.5-1.0 wt%）可进一步提升氧空位稳定性，实验数据显示在800℃下Fe3?-Ce复合氧化物可保持72%的氧空位保留率。同时，开发基于此催化剂的流化床反应器，通过内循环设计实现CO?转化率突破80%，丙烷收率超过90%，为碳中和背景下的丙烷资源化利用提供了新范式。