丙烷脱氢是非石油生产丙烯的关键工业路线。然而，目前的生产工艺严重依赖铂基等贵金属催化剂。利用地球上储量丰富的金属开发高效的替代催化剂仍然是一项挑战。

在《自然·催化》杂志发表的一项研究中，中国科学院大连化学物理研究所肖建平教授团队及其合作者通过水热合成法开发了一种高性能钴硅酸盐沸石催化剂(CoS-1)。

该催化剂仅有四面体钴位点，不存在任何不稳定的钴物种，丙烯生产率高达 9.7 kg C3 = kg cat ^–1 h ^–1，超过了工业 PtSn/Al ₂ O ₃催化剂。

合成方法包括：采用由钴盐、正硅酸乙酯、四丙基氢氧化铵 (TPAOH)、尿素和水组成的凝胶，在 180°C 下结晶。经煅烧去除有机模板，并在 80°C 下用三重硝酸洗涤以消除过量的钴物种后，所得 CoS-1 催化剂仅含有四面体钴位点，不含不稳定的钴物种。

研究人员通过密度泛函理论计算和从头算 分子动力学模拟，研究了不同活性中心的稳定性，揭示了CoS-1催化剂高性能背后的机制。

他们发现，由于熵效应，柔性沸石骨架明显降低了孤立钴位点的脱氢能垒，从而导致丙烷脱氢能垒低于 Pt ₃ Sn 合金。

微观动力学模拟进一步表明，虽然 CoS-1 具有较低的脱氢势垒，但其初始转化时的总反应速率略低于 Pt ₃ Sn，这是由于孤立 Co 位点的丙烷浓度降低(这是扩散到沸石通道过程中熵损失的影响)。

本研究开发的CoS-1表现出优异的长期稳定性。研究人员已证明，这归因于丙烯在沸石中的非键合吸附，从而实现了产物的快速解吸并减少了焦炭的形成。

更多信息： Hang Zhou 等，《钴硅酸盐沸石超越铂催化剂用于丙烷脱氢》，《自然催化》 (2025)。期刊信息： 《自然催化》