沈阳师范大学/中国石油大学(北京)赵震：富含硼氧物种的面粉衍生碳氮化硼用于丙烷氧化脱氢制烯烃

沈阳师范大学/中国石油大学(北京)赵震教授、沈阳师范大学孔莲副教授和江南大学刘冰副教授以廉价的面粉为碳源，采用冷冻干燥发酵-氨解结合法制备了多孔碳掺杂氮化硼催化剂，并研究了其丙烷氧化脱氢性能。研究结果表明碳掺杂可以在BN骨架中产生丰富的含氧硼物种，且由于其独特的结构优势，多孔碳掺杂氮化硼催化剂上丙烷氧化脱氢性能明显优于商业h-BN催化剂。

丙烯是石油化工行业重要的原材料，在多个行业都有着广泛的应用。目前工业化的丙烷直接脱氢制丙烯技术过程是典型的吸热反应，能耗和碳排放量都较高；反之，丙烷氧化脱氢制丙烯(ODHP)为放热反应，具有不受热力学平衡转化限制、不存在积碳问题、操作温度低等优点，被认为是丙烯生产的一种很有前途的替代途径。但是，由于氧化剂的引入，丙烯很容易深度氧化为CO_x，因此如何提高丙烯选择性和收率是ODHP工艺的一大挑战。近来，非金属BN材料被报道具有明显优于金属基催化剂的ODHP性能，但这种材料表面的BO_x基团对于高性能的获得起着至关重要的作用。因此，调控BN材料表面氧物种的类型和数量是调控其催化性能的一个关键因素。

最近，赵震教授、孔莲副教授和刘冰副教授报道了一系列用于丙烷氧化脱氢反应的多孔碳掺杂BN催化剂，实验结果表明采用冷冻干燥发酵-氨解结合法制备的多孔碳掺杂BN催化剂不仅具有丰富的孔道结构，碳掺杂还在BN骨架中产生了丰富的含氧硼物种。但是，过量的碳掺杂会导致催化活性的降低。520℃时，P-CBN-23催化剂上丙烷转化率为62.1%，总烯烃收率为42.7%，且连续反应60 h不失活。大的比表面积、丰富的孔道结构和含氧硼物种之间的协同作用被认为是其具有优异催化性能的原因。此外，原位DRIFTS和DFT计算结果进一步表明碳原子的掺杂促进了B-OO-B物种的形成，而B-O···O-B物种在反应过程中易被反应原料气中的O₂再生，从而促进丙烷向烯烃的转化。

本研究所报道的实验和计算结果不仅展示了碳原子对于调控BN材料反应活性的影响，同时也为如何用生物资源构建高效的丙烷氧化脱氢催化剂提供了新的思路。论文的第一作者为中国石油大学(北京)的博士研究生李东，通讯作者为赵震教授、孔莲副教授和刘冰副教授。详见：Dong Li, Jingying Bi, Zean Xie, Lian Kong, Bing Liu, Xiaoqiang Fan, Xia Xiao, Yuxin Miao, Zhen Zhao. Flour-derived borocarbonitride enriched with boron-oxygen species for the oxidative dehydrogenation of propane to olefins. Sci. China Chem., 2023, DOI: 10.1007/s11426-023-1651-2.

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【通讯作者简介】

赵震 沈阳师范大学化学化工学院特聘教授，化学化工学院院长；中国石油大学(北京)教授，博士生导师。入选教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、“新世纪百千万人才工程”国家级人选、“国务院政府特殊津贴”专家、辽宁杰出科技工作者、辽宁省高校攀登学者、辽宁省学术头雁、辽宁省优秀科技工作者、沈阳市杰出人才等荣誉和称号，入选国际VEBLEO学会组织Fellow。2017年到沈阳师范大学，主要从事能源与环境催化、稀土催化、催化新材料等方面的研发工作。作为负责人承担了科技部重点研发计划项目、863主题(专题)项目课题、国家自然科学基金重大研究计划集成、重点和培育项目、国家自然科学基金重点项目、联合基金重点项目、面上项目、国际合作项目等国家级项目(课题)17项；承担省、部、市、局级项目30余项；同时作为子课题(任务)负责人或研究骨干参加科技部973项目3项，重点研发计划项目1项。在化学化工(催化)领域国内外顶尖或知名期刊如PANS、Angew. Chem. Int. Ed.、EES、ACS Catal.和《中国科学》等国内外学术期刊上发表催化相关论文500余篇。发表文章被引用18700多次，H因子72(Scopus)。申请发明专利90余项，其中65项已获授权。

孔莲 沈阳师范大学副教授，硕士生导师。2016年中国石油大学(北京)理学院博士毕业，同年入职沈阳师范大学化学化工学院至今。主要研究领域涉及油气资源高效转化催化研究。具体研究工作包括：低碳烷烃选择氧化和柴油超深度加氢脱硫催化剂的设计合成及其反应机理。承担国家自然科学基金1项，辽宁省科技厅和教育厅项目2项。目前，已在国内外著名杂志J. Catal.、Chem. Eng. J.、ACS Catal.、J. Eng. Chem.等发表论文20余篇，其中第一/通讯作者10余篇。

刘冰 江南大学副教授，硕士生导师，江南大学至善青年学者。2010年本科毕业于中国石油大学(北京)化学工程与工艺专业，2016年博士毕业于中国石油大学(北京)化学工程与技术专业，同年入职江南大学化学与材料工程学院。主要研究方向为环境催化与C1能源催化，侧重结合理论计算与实验揭示催化活性位微观结构及普适性规律。目前主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和中国博士后基金等项目五项，以第一作者和通讯作者在ACS Catal.、J. Catal.、Appl. Catal. B、Adv. Funct. Mater.、J. Mater. Chem. A等期刊上发表论文近40篇，Google H-Index为31。

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