丙烯是全球产量最高的基础有机化工原料之一。放眼四周，聚丙烯（PP）塑料瓶、晶莹剔透的“有机玻璃”（聚甲基丙烯酸甲酯），甚至婴儿的尿不湿（聚丙烯酸）等都是丙烯深加工的产物。近年来，丙烯的需求量持续上升，中国是当之无愧的丙烯制造大国。丙烷脱氢制丙烯技术是近年来工业界新兴制丙烯的技术路线之一。
针对这一路线，浙江大学化学工程与生物工程学院肖丰收、王亮和化学系孟祥举团队研发出一种更具活力与耐力的催化剂，它有望让丙烯的生产更加廉价与高效4月2日，团队研究论文《Isolated boron in zeolite for oxidative dehydrogenation of propane》发表顶尖期刊Science上。
论文链接：https://science.sciencemag.org/content/372/6537/76
团队开发了具有特定孤立硼配位环境的沸石分子筛催化材料，在丙烷氧化脱氢反应中显示出优异的催化性能，与中科院精密测量科学与技术创新研究院（原“武汉物理与数学研究所”）、辽宁石油化工大学、北京理工大学等单位合作，辨识了沸石骨架中-B[OH…O(H)-Si]2物种作为反应的活性中心，打破了孤立硼中心无法催化这一反应的传统认知，对丙烷脱氢反应过程和催化活性中心有了新认识。
团队打破传统认知，发现在纯硅MFI沸石中构筑的孤立硼中心（BS-1），对丙烷脱氢具有优异的催化活性和选择性，其性能远超传统的负载型氧化硼催化材料。团队通过原位红外、二维固体核磁共振谱和飞行时间质谱等辨识硼是孤立存在于沸石骨架中。不同于以往认知，硼硅沸石(例如具有单羟基硼中心的B-MWW沸石)对丙烷脱氢是惰性的，团队发现BS-1中的硼中心上连接双羟基结构并且邻近还有与之相关的硅羟基，以-B[OH…O(H)-Si]2的配位形式存在。在丙烷脱氢反应中，硼双羟基和其中一个硅羟基协同可以同时活化丙烷和氧气分子，形成稳定的中间体并进一步转化为丙烯，其反应能垒明显优于硼单羟基结构。另外，Si-O-B键在反应过程中的可逆水解-缩合过程，有效抑制了沸石分子筛的脱硼形成水溶性的硼酸，大幅度地提高了BS-1的稳定性和催化剂寿命。
图1. （a）BS-1和具有同样B含量的负载型B/S-1催化剂的丙烷脱氢性能数据；（b）二维H-H相关固体核磁辨识BS-1中-B[OH…O(H)-Si]2位点；（c）-B[OH…O(H)-Si]2在丙烷氧化脱氢反应中过渡态结构。
论文的第一单位为浙江大学化学工程与生物工程学院和生物质化工教育部重点实验室。肖丰收教授、王亮研究员、郑安民研究员和孟祥举教授为论文的通讯作者，化工学院博士后周航为论文第一作者，精测院的易先锋博士和辽宁石化大学的惠宇博士生为共同第一作者。辽宁石油化工大学宋丽娟教授、秦玉才副教授、北京理工大学马嘉璧副教授、精测院的陈伟博士等为本工作的结构和机理研究提供了帮助。
本工作得到了国家自然科学基金优青项目（21822203）、重点项目（21932006、22032005、U1908203）和浙江省自然科学基金杰青项目（LR18B030002）的资助。
近年来，浙江大学化工学院聚焦国际学术前沿，持续开展高质量基础研究，取得了系列高水平学术成果，在Science主刊发表四篇学术论文。