低碳烯烴作為重要的基礎化工原料，其需求量持續(xù)增長。通過將廉價的烷烴轉化為高附加值的烯烴，不僅可提高油氣資源的綜合利用，還可減少烯烴對石油裂解路線的依賴。

中國科學院蘭州化學物理研究所羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室丑凌軍研究員團隊長期致力于低碳烷烴的選擇氧化研究。前期，該團隊分別用大孔MOF和軟模板法制備出了介孔Cr/Al氧化物催化劑(Microporous and Mesoporous Materials 2013, 181, 182-191; Applied Catalysis A: General 2013, 456, 188-196; Catalysis Communications 2013, 35, 76-81; Journal of Energy Chemistry 2014, 23, 708-716)，發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控催化劑上Cr3+/Cr6+摩爾比可實現(xiàn)對異丁烯選擇性調(diào)控。由于Cr系催化劑存在環(huán)境危害問題，研究團隊將目光轉向非貴金屬、綠色新催化體系，先后展開對Mo系 (Catalysis Science and Technology 2017, 7, 3258–3267)、Fe（Zn）系介孔催化劑的研究（Microporous Mesoporous Materials 2018, 266, 117-125; RSC Advances 2019, 9, 9828–9837; Catalysis Letters 2019, 149,1326–1336），發(fā)現(xiàn)催化劑上的酸位點對脫氫活性及選擇性的調(diào)控起到重要的作用。

圖1. 介孔材料在異丁烷脫氫反應中的應用

近期，該團隊采用Fe-ZIF-8為前驅(qū)體直接合成了多孔氮摻雜碳負載Fe催化劑（Fe-N-C），分別用于異丁烷直接脫氫和二氧化碳氧化脫氫，對脫氫活性中心有了進一步認識（Microporous and Mesoporous Materials 2020, 293, 109820)。更特別的是，研究人員利用MgO作為模板劑制備出多級孔結構的氮摻雜鐵酸鎂-碳（MgFe2O4/N-C）復合材料，該材料具有大的比表面積以及酸堿雙功能位點。在異丁烷/二氧化碳的氧化脫氫反應中，與活性炭負載的MgFe2O4催化劑相比，展現(xiàn)出更優(yōu)異的催化活性。進一步的反應機理研究表明，對于含有酸堿雙功能的催化劑，表面的酸性位點用于異丁烷分子的活化，堿性位點則用于CO2分子的活化以及α-H的奪取。相關成果發(fā)表在Applied Surface Science（2020, 531，147219）上。

圖2. 異丁烷/二氧化碳在MgFe2O4/N-C催化劑上脫氫制異丁烯

上述研究為開發(fā)高效非貴金屬、綠色低碳烷烴脫氫催化劑提供了新的思路。

以上工作得到了國家自然科學基金面上項目和青年基金項目、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、江蘇省前瞻性聯(lián)合研究項目、蘭州化物所“一三五”重大突破項目以及羰基合成與選擇氧化國家重點實驗室等的資助。