我院谢在来/黄兴团队在硼催化丙烷氧化脱氢制丙烯领域取得新进展

近日，福州大学化学学院谢在来教授、黄兴教授团队在丙烷氧化脱氢（ODHP）催化领域取得重要突破。相关成果以“Formation of an Amorphous LaAlBO_x Overlayer on Crystalline LaAlO₃ Perovskite for Highly Efficient and Stable Propane Oxidative Dehydrogenation”为题发表于国际顶级期刊Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.3542156）。该研究通过在结晶型LaAlO₃钙钛矿表面构建非晶LaAlBOₓ覆盖层，成功抑制了硼物种的高温挥发，实现了高效、稳定的丙烷氧化脱氢制丙烯过程，为设计高稳定性的硼基催化剂提供了新的设计思路。

丙烯是重要的化工原料，全球年需求量超过亿吨，传统丙烷脱氢过程为强吸热反应，通常需在550 °C以上高温进行，能耗高且易积碳导致催化剂快速失活。相比之下，ODHP为放热反应，热力学更有利，可在较低温度下实现高效转化。近年来，硼基催化剂（如BOₓ/SiO₂、BN）凭借其独特的自由基反应路径和优异的烯烃选择性（通常 > 80%）受到广泛关注。然而，其工业化应用面临严峻挑战：硼氧化物在高温反应条件下易发生水解，形成挥发性的硼酸，导致活性硼物种持续流失，催化剂快速失活。因此，如何稳定硼活性位点、抑制其高温挥发，成为硼基ODHP催化剂走向实际应用的核心难题。

针对上述科学问题，本研究提出一种“非晶覆盖层稳定化”策略，通过将H₃BO₃与结晶型LaAlO₃钙钛矿物理混合并热处理，成功在LaAlO₃表面原位构建了厚度约0.7 nm的非晶LaAlBOₓ覆盖层。结合HAADF-STEM、EELS、XPS等结构表征与准原位谱学分析，揭示了覆盖层中M–O–B（M = La, Al）共价键网络的形成及其与硼锚定能力的内在关联。在ODHP反应中，优化后的37B@LAO催化剂在500 °C下连续运行100小时，丙烯收率达21%，总烯烃选择性达97%，硼挥发被显著抑制。DFT计算表明，共价M–O–B键不仅稳定了硼活性位点，还将C–H活化决速步能垒从2.14 eV降至1.54 eV；同时，原位DRIFTS证实了BO–H活性位点的可逆再生。该工作建立了钙钛矿表面非晶硼氧覆盖层的构筑方法，并阐明了共价锚定与电子协同效应对催化稳定性与选择性的调控机制。值得一提的是，该非晶覆盖层稳定化策略具有良好普适性，可成功拓展至SmAlO₃、SrTiO₃、BaTiO₃等多种钙钛矿体系，为开发高稳定性、高选择性硼基催化剂开辟了全新路径。

非晶LaAlBOₓ覆盖层的形成与演化

福州大学化学学院博士生巫灵昆和乔孟飞副教授为论文共同第一作者，福州大学化学学院谢在来教授、黄兴教授为共同通讯作者，福州大学分子工程+研究院为第一通讯单位。该研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金及清源创新实验室启动基金的支持。