催化劑被譽為(wei) 現代化學工業(ye) 的“心髒”，在眾(zhong) 多化學反應中發揮著不可替代的加速作用。貴金屬是催化劑的關(guan) 鍵組分，其用量關(guan) 乎化工過程的節能增效。天津大學新能源化工團隊創新提出“原子抽提”策略，將在催化中起關(guan) 鍵作用的貴金屬鉑原子全部抽提到表麵參與(yu) 催化反應，利用率逼近100%。相關(guan) 研究成果9月26日在線發表在國際期刊《科學》上。

在傳(chuan) 統催化反應中，貴金屬原子易聚集成較大顆粒，導致大量原子埋藏在顆粒內(nei) 部，無法參與(yu) 表麵反應，催化效率在低位徘徊。這一問題在丙烯生產(chan) 的關(guan) 鍵工藝，丙烷脫氫中尤為(wei) 突出。丙烯是世界上產(chan) 量最大的化工品之一，是塑料、橡膠、纖維、醫藥等領域重要的基礎原料，2024年中國丙烯產(chan) 量占全球總產(chan) 量三分之一，總產(chan) 值超過6000億(yi) 元人民幣。丙烷脫氫生產(chan) 中約有高達三分之二的工藝采用貴金屬催化劑，但傳(chuan) 統催化劑依賴稀缺貴金屬、原子利用率低，嚴(yan) 重製約了行業(ye) 可持續發展。

麵對這一挑戰，天津大學教授鞏金龍帶領研究團隊經過近十年研究，開創性研發出“原子抽提”技術：通過在顆粒表麵構造可選擇性吸引貴金屬原子的結構單元，將包埋在顆粒內(nei) 部的貴金屬原子逐一吸引到表麵。

該策略的靈感來源於(yu) 化工的“萃取”單元操作，其核心是利用錫原子作為(wei) 特異性“原子磁鐵”。由於(yu) 原子半徑較大，錫原子在鉑-銅合金中隻能滯留於(yu) 顆粒表層。憑借其對鉑極強的金屬吸引力，表層的錫原子能通過定向相互作用，將深藏於(yu) 顆粒內(nei) 部的鉑原子逐層“抽提”至表麵，使其完全暴露並形成均勻的活性位點。

新能源化工團隊負責人鞏金龍教授（右一）與(yu) 團隊成員交流討論實驗方案

新能源化工團隊成員在進行催化劑的性能表征測試

經該策略製備的催化劑，過去需要1噸來完成的任務，如今隻需要200斤就可以完成，實現了近乎極致的原子經濟性。在丙烷脫氫製丙烯等高溫苛刻反應中，該催化劑在鉑用量減少90%的前提下，仍表現出優(you) 於(yu) 現行商業(ye) 催化劑的活性與(yu) 穩定性。

鞏金龍表示：“我們(men) 的研究跳出傳(chuan) 統‘分散單原子’的思維框架，通過原子級合金設計與(yu) 界麵調控，使貴金屬在催化過程中的原子利用率逼近理論極限，為(wei) 高效催化劑的設計開拓了新路徑。”

據悉，該成果是我國在全球催化科技前沿的重大突破，不僅(jin) 讓中國科研團隊在國際催化劑研發領域占據前沿，更為(wei) 保障能源安全、推動綠色轉型、實現“雙碳”目標提供了關(guan) 鍵支撐，彰顯了我國在低碳化工領域的深厚積累。天津師範大學、北京大學及浙江工業(ye) 大學參與(yu) 了合作研究。