新能源學(xué)院趙學(xué)波教授領(lǐng)銜的氫能團(tuán)隊在具有工業(yè)應(yīng)用前景的丙烷氧化脫氫制丙烯高性能催化劑研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)論文《含硼金屬有機(jī)框架化合物衍生的球形超結(jié)構(gòu)氮化硼納米片》（A Spherical Superstructure of Boron Nitride Nanosheets Derived from Boron-Contained Metal-Organic Frameworks）在國際化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊Journal of the American Chemical Society發(fā)表。我校2016級博士生曹磊、新能源學(xué)院代鵬程副教授為該論文共同第一作者，新能源學(xué)院趙學(xué)波教授、代鵬程副教授、昆士蘭大學(xué)Yusuke Yamauchi教授為共同通訊作者，中國石油大學(xué)（華東）為第一署名單位。 丙烯是極為重要的大宗化工基礎(chǔ)原料，后續(xù)衍生出的眾多有機(jī)化工產(chǎn)品在建筑、汽車、包裝紡織等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。近年來隨著丙烯下游產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速擴(kuò)張，傳統(tǒng)的丙烯來源已無法滿足市場需求，因而亟需開發(fā)新的丙烯來源。丙烷氧化脫氫制丙烯具有底物轉(zhuǎn)化率高、工藝能耗低和無積碳不易失活等優(yōu)勢，極具工業(yè)應(yīng)用前景。但是由于產(chǎn)物丙烯容易與氧化劑發(fā)生過度氧化，降低了目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性，從而讓丙烷氧化脫氫工藝一直無法達(dá)到工業(yè)化的要求。因此，開發(fā)一種高效催化劑，抑制過度氧化，提升產(chǎn)物中丙烯的選擇性是推動丙烷氧化脫氫發(fā)展最直接有效的手段。 氮化硼是目前烯烴選擇性最高的丙烷氧化脫氫催化劑，但是單程烯烴收率離工業(yè)化需求仍有一定差距。通過可控合成提高活性物種在氮化硼表面的含量和分散度是一種提升催化性能的有效途徑。構(gòu)建分層的三維結(jié)構(gòu)，尤其是基于二維氮化硼納米片為基本單元的球狀三維結(jié)構(gòu)，有助于提高邊緣活性物種的含量。除豐富的邊緣活性位點(diǎn)外，特殊的三維球狀結(jié)構(gòu)促使反應(yīng)混合氣沿著球面進(jìn)行有效地擴(kuò)散并充分與活性位接觸，提高催化劑的催化活性。然而迄今為止，如何控制氮化硼納米片自組裝形成三維球狀超結(jié)構(gòu)仍是一個充滿挑戰(zhàn)性的工作。 針對上述問題，研究人員以金屬有機(jī)框架化合物（MOFs）為前驅(qū)體，通過溶劑熱轉(zhuǎn)換的方式制備了三維球形超結(jié)構(gòu)MOFs納米片（SS-MOFNSs），并進(jìn)一步以SS-MOFNSs為自犧牲模板，制備了球形超結(jié)構(gòu)氮化硼納米片（SS-BNNSs）催化劑。 SS-BNNSs在丙烷氧化脫氫反應(yīng)中表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能，510 ºC的操作溫度下，產(chǎn)物中烯烴的收率達(dá)到了40.2%（丙烯，27.8%；乙烯，12.4%），遠(yuǎn)超商業(yè)化的氮化硼納米片（丙烯，23.8%；乙烯，8.6%）和高比表面積的氮化硼纖維（丙烯，20.7%；乙烯，10.2%）。通過系統(tǒng)的表征可以發(fā)現(xiàn)，SS-BNNSs表面富含B-OH，讓催化劑無須活化就可以直接催化反應(yīng)進(jìn)行，同時特殊的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢提高了活性物種的分散度，利于反應(yīng)氣與活性位點(diǎn)快速接觸和產(chǎn)物丙烯的迅速脫附，提升了產(chǎn)物丙烯的單程收率。SS-BNNSs自組裝的構(gòu)造過程和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢帶來的性能提升拓寬了催化劑的設(shè)計思路。 該研究成果獲得審稿專家充分肯定，審稿專家一致認(rèn)為該工作提出的含硼MOFs衍生三維超結(jié)構(gòu)氮化硼納米片具有很好的創(chuàng)新性，其作為丙烷氧化脫氫催化劑表現(xiàn)出的高烯烴收率在工業(yè)應(yīng)用方面具有較大潛力，為丙烷氧化脫氫催化劑的研究提供了新的參考。