催化剂被誉为现代化学工业的“心脏”，在众多化学反应中发挥着不可替代的加速作用。贵金属是催化剂的关键组分，其用量关乎化工过程的节能增效。记者10月17日获悉，天津大学新能源化工团队创新提出原子抽提策略，将在催化中起关键作用的贵金属铂原子全部抽提到表面参与催化反应，利用率逼近100%。相关研究成果近日在线发表于国际期刊《科学》。
在传统催化反应中，贵金属原子易聚集成较大颗粒，导致大量原子埋藏在颗粒内部，无法参与表面反应，催化效率始终处于较低水平。这一问题在丙烯生产的关键工艺——丙烷脱氢中尤为突出。丙烯是全球产量最大的化工品之一，是塑料、橡胶、纤维、医药等领域的重要基础原料。值得注意的是，2024年中国丙烯产量已占全球三分之一，总产值超6000亿元人民币，而约三分之二的丙烷脱氢工艺依赖贵金属催化剂。但传统催化剂依赖稀缺贵金属、原子利用率低，严重制约了行业可持续发展。
面对这一挑战，天津大学教授巩金龙带领研究团队经过近十年研究，开创性研发出“原子抽提”技术。该技术通过在颗粒表面构造可选择性吸引贵金属原子的结构单元，将埋在颗粒内部的贵金属原子逐一抽提至表面。
在完成相同的任务时，使用传统方法制备的催化剂用量需要1吨，而用经过该技术制备的催化剂只需200斤，实现了近乎极致的原子经济性。在丙烷脱氢制丙烯等高温苛刻反应中，该催化剂在铂用量减少90%的前提下，仍表现出优于现行商业催化剂的活性与稳定性。
巩金龙介绍：“该研究跳出传统‘分散单原子’的思维框架，通过原子级合金设计与界面调控，使贵金属在催化过程中的原子利用率逼近理论极限，为高效催化剂的设计开拓了新路径。”
