丙烷氧化脱氢 (ODHP) 技术可以将丰富的页岩气转化为重要的化工原料丙烯，具有重要的实际意义。从热力学角度考虑，高温对 ODHP 反应是有利的，但过高的反应温度总是导致丙烯的过度氧化，使其选择性下降。因此，在 ODHP 反应期间，实现低温反应的同时保持高效率和选择性是至关重要的。
催化技术的出现为在温和条件下实现高效 ODHP 提供了更多机会。
到目前为止，已经精心设计了许多种催化体系，包括过渡金属氧化物催化剂、过渡金属基催化剂、稀土金属氧化物催化剂和非金属催化剂。
然而，现有的研究和综述侧重于以 CO
2
等弱氧化剂作为辅助 (CO
2
–ODHP) 的 ODHP 或直接进行丙烷脱氢 (DHP) 的反应体系。在温和条件下以 O
2
强氧化剂作为原料的 ODHP 体系 (O
2
–ODHP) 还没有得到足够的关注。考虑到 ODHP 技术在化工领域的实际意义，应系统地回顾利用催化剂设计提高 O
2
–ODHP 选择性的代表性工作，以鼓励未来对该领域进行更深入的研究。
在这篇综述中，辽宁工业大学
刘慧敏教授
和巴塞罗那自治大学
雷一鸣博士
回顾了用于 O
2
–ODHP 反应的主流催化剂的设计开发和研究进展，展现了催化剂活性及选择性的调控策略，并讨论了 O
2
–ODHP 活性和选择性提升的机理，旨在为合理设计更高效的 O
2
–ODHP 催化剂铺平道路，为催化界提供一个清晰的画面，并进一步推进这一研究领域。
该工作总结了用于 O
2
–ODHP 的催化剂，包括过渡金属氧化物催化剂（如钒基催化剂、钼基催化剂等）、过渡金属基催化剂（如铂纳米团簇、镍基催化剂、过渡金属单原子催化剂）、稀土金属氧化物催化剂（以 CeO
2
作为载体的相关催化剂为主）和非金属催化剂（氮化硼、其他含硼催化剂和碳基催化剂）。
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Figure 1
用于 O
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–ODHP 的主流催化剂
此外，本文还从 O
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–ODHP 反应和催化剂设计的角度出发，提出了目前该领域面临的挑战和应对策略。主要面临的挑战和应对手段包括：
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最高的丙烷转化率和丙烯选择性仅为 69% 和 80%，扔不满足大规模工业化要求。因此，迫切需要打破传统催化剂体系，开发一种新的催化剂，该催化剂可以在高丙烷转化率下实现对丙烯的高选择性。
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尽管已经对一些催化体系进行了表征和理论计算，但其内在机制仍不清楚。在未来，更多的研究应该集中在反应系统的研究上，使用原位/操作表征技术以及理论模拟，以揭示 O
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–ODHP 过程的内在活性位点和反应途径。
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考虑到作为反应物的丙烷必须从页岩气等其他原材料中提取，且丙烯对于下游化学反应获得高附加值产品至关重要，应更加重视 O
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–ODHP 与其他催化反应的耦合，以实现大规模工业化，甚至实现绿色化学和碳中和的目标。为此，应开发能够用于连续、大规模催化反应的催化剂，还应设计能够用于多种催化反应的容器，以促进先进的催化反应之间的耦合（如页岩气–丙烷提取和 O
2
–ODHP 的结合；O
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–ODHP 与丙烯转化为高价值化学品的化工反应的联合）。
该成果以“
Catalysts development for O
2
-assisted
oxidative dehydrogenation of propane to propylene'
” (
《用于氧气辅助丙烷氧化脱氢制丙烯催化剂的开发》
) 为题，发表在英国皇家化学会期刊
Chemical Communications
上。
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Catalysts development for O
2
-assisted oxidative dehydrogenation of propane to propylene
Huimin Liu*, Shaoyuan Sun, Dezheng Li, Yiming Lei*
Chem. Commun.
, 2024
https://doi.org/
10.1039/D4CC01948B
本文第一作者兼通讯作者，辽宁工业大学化学与环境工程学院教授。近年来从事高效光热协同催化剂的研发工作，在光热协同催化领域进行了开拓性的研究、在光热协同催化体系尤其是光热协同烷烃活化体系中取得了良好进展，并在国际期刊
Angew. Chem. Int. Edit, Adv. Mater., Nano Energy, Nano Today, J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Inter.
和
Appl. Catal. B: Environ.
等发表文章 80 余篇。2014 年被美国化学文摘社选为 CAS 2014 年度“SciFinder Future Leaders in Chemistry program”(化学项目科学发现的未来领导者，每年全球约 20 个青年学者入选)，2018 年获得澳大利亚研究委员会的青年研究员奖 (Discovery Early Career Researcher Award)。目前承担国家自然科学基金青年项目一项 (21902116) 和辽宁省教育厅项目一项 (JQL202015401)。
本文共同通讯作者，辽宁工业大学科研助理，现于巴塞罗那自治大学（UAB）攻读化学系博士学位。已在国际期刊
Angewandte Chemie，ACS Catalysis，Chinese Journal of Catalysis
等杂志发表研究型论文和综述。研究重点是二维锗烯材料(2D-GeH)功能化用于光/电催化及(生物)传感器的开发，甲烷转化和二氧化碳还原技术的研究。
