火焰喷雾热解制高性能丙烷脱氢催化剂

火焰喷雾热解制高性能丙烷脱氢催化剂摘要：丙烷脱氢制丙烯是化工领域的重要反应，随着对丙烯需求的不断增加，开发高性能丙烷脱氢催化剂具有重要的工业意义。高熵氧化物，作为一种新型的多组分氧化物材料，因其独特的物理和化学性质，展现出在催化领域的巨大应用潜力。本研究采用火焰喷雾热解法（FlameSprayPyrolysis,FSP）制备了一种高性能的五元高熵氧化物丙烷脱氢催化剂：(CrMnFeCoNi)Ox，以解决传统制备方法中催化剂活性、选择性和稳定性不足的问题。通过优化金属前驱体溶液浓度、喷雾参数（如进料流速、甲烷流量、氧气流量等）以及后续处理条件，成功制备了一系列具有高比表面积、均匀粒径分布和良好分散性的催化剂。利用比表面积分析（BET）和X射线光电子能谱（XPS）、氧气程序升温脱附O2-TPD、氢气程序升温还原H2-TPR、二氧化碳程序升温脱附CO2-TPD、氨气程序升温脱附NH3-TPD等手段对催化剂的物理化学性质进行了表征，结果表明，优化后的催化剂具有优异的晶体结构和表面化学性质。在丙烷脱氢反应中，(CrMnFeCoNi)Ox表现出显著的活性提升，丙烷转化率达到30.4%，丙烯选择性达到98.1%，并且在长时间反应过程中展现出良好的稳定性。研究表明，火焰喷雾热解法能够有效调控催化剂的微观结构和表面性质，从而显著提高其催化性能。本研究不仅为丙烷脱氢催化剂的制备提供了一种高效、可扩展的新方法，也为进一步优化催化剂性能和探索其在工业中的应用奠定了基础。关键词：火焰喷雾热解法；丙烷脱氢反应；高熵氧化物催化剂；高性能FlameSprayPyrolysisforthePreparationofHigh-PerformancePropaneDehydrogenationCatalystAbstract:Propanedehydrogenationtopropyleneisasignificantreactioninthechemicalindustry.Withtheincreasingdemandforpropylene,thedevelopmentofhigh-performancepropanedehydrogenationcatalystsholdssubstantialindustrialimportance.High-entropyoxides,asanewtypeofmulti-componentoxidematerials,haveshowngreatpotentialinthefieldofcatalysisduetotheiruniquephysicalandchemicalproperties.ThisstudyusesFlameSprayPyrolysis(FSP)toprepareahigh-performancepenta-high-entropyoxidepropanedehydrogenationcatalyst:(CrMnFeCoNi)Ox,toaddresstheissuesofinsufficientactivity,selectivity,andstabilityofcatalystspreparedbytraditionalmethods.Byoptimizingtheconcentrationofmetalprecursorsolutions,sprayparameters(suchasfeedflowrate,methaneflowrate,oxygenflowrate,etc.),andsubsequenttreatmentconditions,aseriesofcatalystswithhighspecificsurfacearea,uniformparticlesizedistribution,andgooddispersibilityweresuccessfullyprepared.Thephysicochemicalpropertiesofthecatalystswerecharacterizedusingspecificsurfaceareaanalysis(BET)andX-rayphotoelectronspectroscopy(XPS),oxygentemperatureprogrammeddesorptionO2-TPD,hydrogentemperatureprogrammedreductionH2-TPR,carbondioxidetemperatureprogrammeddesorptionCO2-TPD,andammoniatemperatureprogrammeddesorptionNH3-TPD,andtheresultsindicatethattheoptimizedcatalystspossessexcellentcrystalstructureandsurfacechemicalproperties.Inthepropanedehydrogenationreaction,(CrMnFeCoNi)Oxexhibitsasignificantincreaseinactivity,withapropaneconversionrateof30.4%,apropyleneselectivityof98.1%,andalsoshowsgoodstabilityoveranextendedreactionperiod.ThestudydemonstratesthatFlameSprayPyrolysiscaneffectivelyregulatethemicrostructureandsurfacepropertiesofcatalysts,therebysignificantlyenhancingtheircatalyticperformance.Thisresearchnotonlyprovidesanefficientandscalablenewmethodforthepreparationofpropanedehydrogenationcatalystsbutalsolaysthefoundationforfurtheroptimizationofcatalystperformanceandexplorationoftheirindustrialapplications.Keywords:FlameSprayPyrolysis;PropaneDehydrogenationreaction;High-entropyoxidecatalyst;High-Performance1.前言1.1研究背景与意义丙烯是一种重要的基础化工原料，是合成被称为“三大合成材料”的塑料、橡胶和纤维的核心前体。其下游产品广泛应用于涂料、医药、汽车、电子等领域，在国民经济中占据关键地位[1]。随着全球对轻质化材料需求的增长，丙烯供需缺口持续扩大，然而，目前全球80%的丙烯来自石脑油裂解和炼厂催化裂化（FCC）两条传统的石油基生产工艺路线，却受到原料供应和环境压力的限制，因此迫切需要开发高效、低碳的替代技术。丙烷脱氢（PDH）因其原料丰富（页岩气革命导致丙烷供应大幅增加）、工艺简单且产品单一，已成为最具前景的增产丙烯的技术之一[2]。然而，丙烷脱氢反应面临着多重挑战：1.热力学限制与高能耗丙烷脱氢是一个高度吸热的反应（ΔH=+124KJ/mol）。传统的热催化需要在600℃以上的温度，0.5MPa以下的压力下进行操作以突破平衡限制，这导致了高能耗和设备磨损。这也加剧了诸如裂解和结焦等副反应的发生，从而降低了丙烯的选择性。2.催化剂性能瓶颈工业催化剂主要以铂（Pt）和铬（Cr）为基础。铂基催化剂（如Pt-Sn/Al2O3）虽然初始活性较高，但成本昂贵且易因积碳失活，而铬基催化剂（如Cr2O3/Al2O3）虽然成本廉价，但存在重金属毒性，并且由于结焦容易失活，需要频繁再生（每隔几分钟）制约了其可持续发展。这严重限制了生产效率。此外，高温会加速催化剂的烧结和结焦，进一步缩短其使用寿命[2]。3.环境与可持续性要求传统工艺的碳排放较高（约2.5吨CO2/吨丙烯），而且使用铬基催化剂带来的环境危害与“双碳”目标相悖。这促使该行业向无毒、低能耗的技术方向转型[3]。在这一背景下，高熵氧化物因其独特的物理和化学性质而备受关注。高熵氧化物是由五种或五种以上不同的金属元素与氧元素结合形成的复杂氧化物，具有优良的热稳定性和抗烧结性能。其多组分特性赋予了丰富的氧化还原活性位点和独特的电子结构，使其在催化领域展现出巨大的应用潜力。我国作为全球最大丙烯消费国，2023年对外依存度仍高达35%，开发高效PDH技术可减少对进口技术的依赖，提高丙烯制造产业链自主可控性。天津大学团队建立的自主专利体系，加速打破国外催化剂垄断，推动国产化进程，为国产化替代奠定基础[1]。本研究通过火焰喷雾热解法（FlameSprayPyrolysis,FSP）设计高性能多金属氧化物催化剂，旨在突破传统催化剂的活性-稳定性权衡难题，推动PDH技术向高效、环保方向升级。1.2丙烷脱氢工艺及研究现状丙烯是生产聚丙烯、环氧丙烷、丙烯腈、丙烯醛、丙酮以及各种高附加值化学品/中间体的基本原料。丙烯主要通过石油衍生的蒸汽裂解、流化催化裂化（FCC）和甲醇转丙烯（MTP）过程生产。近年来，随着天然气和页岩气的大规模开发，丙烷催化选择性直接脱氢以获取丙烯的工业技术得到了发展。目前，全球约10%的丙烯来自丙烷直接脱氢技术。与其他丙烯生产方法相比，丙烷脱氢具有许多显著优势，如超高丙烯选择性（无混合产物）、低成本、丰富的原料来源和丰厚的利润。丙烷脱氢主要有三个途径:（1）在没有氧化剂的情况下（直接脱氢，简称为PDH）；（2）使用氧气或空气（氧化脱氢，简称为ODH）；以及（3）使用二氧化碳作为温和的氧化剂，或者通过与氢气反应来改变（1）中所述路径的化学平衡[4]。其中无氧脱氢已经在工业生产中广泛运用。比较典型的商业工艺是由ABB鲁姆斯公司开发的Catofin工艺以及由美国环球油品公司（UOP）开发的Oleflex工艺等[5]。Catofin工艺主要使用铬基材料（Cr2O3/Al2O3）作为主要催化剂，并辅以钠（Na）或钾（K）等改性金属。Oleflex工艺是一种典型的商业化铂基脱氢催化工艺，以PtSn/Al2O3为主要材料。除了无氧脱氢之外，近年来，使用诸如二氧化碳或一氧化二氮等温和氧化剂（或“软氧化剂”）来辅助脱氢也日益受到关注。对于二氧化碳辅助脱氢而言，被广泛接受的机理是二氧化碳通过逆水煤气变换反应（RWGSr）与脱氢过程中产生的氢气发生反应，从而消耗氢气，进而使反应平衡发生移动，促进脱氢反应的进行。然而，实际上逆水煤气变换反应比直接脱氢反应具有更高的热力学能垒[6]，并且提高反应温度也会导致更严重的结焦和催化剂失活。此外，作为一种氧化性气体，二氧化碳也可能像传统的供氧方式一样，通过马尔思-范克雷韦伦（MvK）机理参与晶格氧的原位再生过程。因此，它通常也被归类为衍生的氧化脱氢的一种类型。与直接PDH过程不同，丙烷转化率受热力学限制，ODH过程中产生的H₂在脱氢过程中被氧化为H₂O，不仅将吸热过程转变为放热过程，还打破了反应的平衡限制，避免了热裂解。因此，ODH过程越来越受到关注。然而，ODH过程尚未商业化，因为其对丙烯的选择性远低于PDH过程，并且存在丰富的副反应和丙烷深度氧化为COₓ的严重问题[4]。Notestein及其同事报道了为ODH过程制备的单纳米级串联催化剂[7]。通过原子层沉积技术制备了In2O3/Pt/Al2O3催化剂，所得纳米结构通过表面氢原子转移与域动力学耦合，从而增强了丙烷在Pt上的脱氢生成丙烯，然后在In2O3上选择性燃烧氢气，避免了过度的烃燃烧。该复合催化剂实现了高单程转化率的丙烷氧化脱氢，超过了PDH平衡[4]。1.3火焰喷雾热解法和单原子催化火焰喷雾热解（FSP）是一种一步到位的用于合成纳米材料的创新方法。其原理是使含有金属前驱体的溶液在高温火焰中蒸发、热分解并氧化，从而形成细小的金属氧化物前驱体。随后，这些前驱体在高温火焰场中经历成核、凝聚、团聚和冷凝过程，最终形成纳米颗粒。与共沉淀法、浸渍法和溶胶-凝胶法等传统制备方法相比，火焰喷雾热解法的优势在于：工艺简化与高通量：一步完成从溶液到纳米颗粒的转化，无需后续煅烧或还原步骤，生产速率可达千克/小时级别，适合工业化放大[8]；微观结构精准调控：通过调节火焰参数（如氧燃比、前驱体浓度），可精确控制颗粒尺寸、比表面积（50-300m²/g）及晶型（如锐钛矿/金红石TiO2比例）[9]；表面活性位点富集：快速淬冷过程抑制晶粒生长，保留高密度表面缺陷（如氧空位），增强催化活性。更重要的是，金属前驱体在汽化后，在高速气流和高温火焰场的作用下，能够在原子或离子尺度上实现金属的均匀混合，避免传统方法中组分偏析问题[10]，从而得到高度分散的纳米材料（如(CrMnFeCoNi)Oₓ）。例如，Bettini等[8]利用FSP制备的TiO2-ZrO2复合氧化物，在光催化降解有机污染物中表现出比溶胶-凝胶法制备样品高3倍的活性，归因于其拥有更小的晶粒尺寸（~10nm）和更高的表面氧空位浓度。因此，火焰喷雾热解为单原子材料的定向合成提供了一种有效的途径。近年来，单原子催化剂（SACs）因其独特的结构和卓越的性能而掀起了指数级增长的研究热潮。通过将活性金属以孤立原子形式锚定在载体表面，它们实现了近乎100%的原子利用效率，并展现出独特的电子和几何效应：电子结构调控：孤立金属原子与载体（如氧化物、碳材料）的强相互作用可调节其d带中心位置，优化反应中间体的吸附强度。例如，Pt1/CeO2SACs中Pt原子的d带中心下移，减弱CO中毒效应，在丙烷脱氢中实现>90%的丙烯选择性[11]；抗积碳机制：孤立位点抑制多聚芳烃的生成，减少积碳。Zhu等[11]发现，CoSACs在费托合成中积碳量较纳米颗粒催化剂降低80%；协同催化效应：载体表面的氧空位或酸性位点可与单原子活性中心协同活化反应物。这对于贵金属催化剂的高效利用尤其具有前景。除了具有优异的催化性能之外，由于活性金属的出色分散性，单原子催化剂能够显著缓解在大多数有机化合物的合成与转化过程中难以避免的积碳这一棘手问题[12]。此外，由于其孤立的中心原子和简单的配位环境[13]，单原子催化剂的电子结构和电荷性质在很大程度上取决于它们与载体的相互作用，这为合理调控和定制提供了充足的空间和灵活性。如今，单原子催化领域仍面临一些难题和挑战，如单原子催化剂的抗烧结性、高负载量单原子催化剂及其规模化制备等，而火焰喷雾热解技术为解决这些问题提供了新的思路：通过原位锚定：火焰中产生的载体表面缺陷（如氧空位）可作为“陷阱”捕获金属原子；快速淬冷：纳米颗粒在毫秒级时间内从高温冷却至室温，抑制原子扩散这两种机制来提升抗烧结性,通过前驱体分子设计：选用螯合剂（如乙酰丙酮）修饰金属前驱体，降低其在火焰中的迁移率。载体预修饰：在载体表面引入氮掺杂碳或沸石微孔结构，增加锚定位点密度两种策略突破单原子负载量的限制。未来，FSP-SACs体系从实验室到工业化的关键路径就在于：机理深度解析：结合原位表征（如环境透射电镜、同步辐射XAS）与DFT计算，揭示FSP过程中金属原子锚定与载体相互作用的动态机制；工艺优化：开发低沸点溶剂（如超临界CO2）减少碳残留，设计多级火焰场实现梯度温度控制；应用场景拓展：除PDH外，探索FSP-SACs在CO2加氢、甲烷干重整等反应中的潜力；标准化建设：建立FSP制备SACs的行业标准，涵盖前驱体选择、工艺参数范围及性能评价体系。例如，近期NatureChemistry报道的GaHx/SiO₂SACs[1]，通过FSP实现Ga原子在SiO₂表面的单分散负载，在PDH中丙烷转化率较传统催化剂提升40%，且无需H₂共进料即可抑制积碳，彰显了FSP-SACs体系的巨大应用价值。2.实验部分2.1试剂与仪器表1实验试剂表2实验仪器2.2催化剂制备步骤：本实验采用的是火焰喷雾热解法。事先称好要用硝酸铬、硝酸铁、硝酸锰、硝酸镍、硝酸钴的金属前驱体，以体积比1:1的乙醇和2-乙基己酸为溶剂溶解，定容至100ml，用注射器吸收后，在火焰喷雾热解仪器上按事先设计好的注射速率、氧流速来进行反应。反应完成后所得催化剂粉末在500℃的马弗炉中煅烧2h。最后得到的粉末就是我们制备出的催化剂。2.2.1实验步骤用称量纸分别称量硝酸铬（CrN3O9·9H2O）1.60g、硝酸铁（FeN3O9·9H2O）1.62g、硝酸镍（Ni(NO3)2·6H2O）1.16g、硝酸锰（MnN2O6·4H2O）1.00g、硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O）1.16g（总金属0.2mol/L）作为金属前驱体。配置体积比1:1的无水乙醇和2-乙基己酸的混合溶液（溶剂）。将金属前驱体分别充分溶解在溶剂中，通过超声30分钟使其完全溶解，随后用100mL容量瓶定容前驱体溶液，以保持各金属前驱体的浓度均为0.04mol/L。将滤纸先放置于火焰喷雾热解装置的滤筒内，后用铁圈稳定。将前驱体溶液与溶剂分别注入注射器后，固定在火焰喷雾热解仪器上。设定前驱体混合液的注射速率为2mL/min，分散氧的流速为5L/min，打开甲烷气瓶和氧气气瓶，点火进行反应，如下图1所示。反应结束后，将滤纸上收集到的样品用刮刀轻轻刮下，随后把样品在500℃的马弗炉中煅烧2h。煅烧后即为最终产物。最终产物为(CrMnFeCoNi)Ox。图1火焰喷雾热解装置及样品示意图2.3表征2.3.1使用固定床及气相色谱对金属氧化物催化剂的催化性能进行评价。2.3.2通过O2-TPD技术了解催化剂表面氧的吸附强度、吸附类型（如吸附氧和晶格氧）以及氧的活性等。2.3.3通过H2-TPR技术了解催化剂的还原性能信息，还有催化剂的组成、结构、活性位等重要特性。2.3.4通过CO2-TPD技术了解催化剂表面的碱性活性中心、分析吸附和活化能力、评估表面氧空位、研究还原性和稳定性。2.3.5通过NH3-TPD技术了解金属氧化物催化剂表面的酸性中心，评估催化活性，优化制备条件，研究抗中毒性能，预测反应性能以及分析表面官能团。2.3.6通过BET技术了解金属氧化物催化剂的比表面积、孔结构和孔体积等特性。2.3.7通过X射线光电子能谱（XPS）技术了解催化剂的元素组成、化学状态和电子结构。3.实验结果分析3.1(CrMnFeCoNi)Ox的催化性能图2C3H6的选择性图3C3H8的转化率丙烯选择性：图中显示丙烯选择性在250°C到550°C的温度范围内大致保持在90%左右，表明该催化剂在较宽的温度范围内对生成丙烯具有较高的选择性。温度对丙烯选择性的影响：虽然整体选择性较高，但在接近550°C时选择性有轻微的上升趋势，这可能是由于在此温度下丙烯的生成反应更为有利。丙烷转化率：丙烷转化率随着温度的升高而增加，从250°C的接近0%增加到550°C时的大约30%。温度对丙烷转化率的影响：在350°C到550°C之间，转化率变化较小，表明在此温度范围内丙烷的转化达到了一定的平衡状态。3.2(CrMnFeCoNi)Ox的O2-TPD图4(CrMnFeCoNi)Ox的O2-TPD峰值位置：图中显示了两个主要的脱附峰，分别位于大约400°C和800°C左右。这表明(CrMnFeCoNi)Ox催化剂表面存在两种不同强度或类型的氧物种。峰值强度：第一个峰的强度约为3.5a.u.，第二个峰的强度约为1.5a.u.，表明在400°C左右脱附的氧物种数量较多，为吸附氧，而在800°C左右脱附的氧物种数量较少，为晶格氧。峰形：两个峰形都相对较宽，表明这些氧物种在催化剂表面的分布较为复杂，涉及到多种不同的表面位点或氧物种类型。低温和高温区域：在低于400°C和高于800°C的区域，强度较低，表明在这些温度范围内脱附行为较少或不存在。3.3(CrMnFeCoNi)Ox的H2-TPR图5(CrMnFeCoNi)Ox的H2-TPR峰值位置：图中显示了一个主要的还原峰，位于400°C到600°C之间。这表明CrMnFeCoNi催化剂中的主要金属氧化物在这个温度范围内被还原。峰值强度：峰值强度较高，表明催化剂中存在大量的可还原金属氧化物。峰值强度约为400a.u.，反映出(CrMnFeCoNi)Ox催化剂的强还原性质。峰形：峰形较宽，可能表明存在多种不同氧化态的金属氧化物，或者金属氧化物与载体之间存在相互作用，导致还原过程较为复杂。低温和高温区域：在低于400°C和高于600°C的区域，强度较低，表明在这些温度范围内还原行为较少或不存在。3.4(CrMnFeCoNi)Ox的CO2-TPD图6(CrMnFeCoNi)Ox的CO2-TPD峰值位置：图中显示了两个主要的脱附峰，分别位于大约200°C和600°C左右。这表明CrMnFeCoNi催化剂表面存在两种不同强度的碱性位点。峰值强度：两个峰的强度分别为约1.0和3.5a.u.，表明200°C左右的碱性位点数量较少，而600°C左右的碱性位点数量较多。600°C左右的峰值强度较高，显示了较强的碱性位点。峰形：两个峰形都相对较窄，表明这些碱性位点在催化剂表面的分布相对均匀。低温和高温区域：在低于200°C和高于800°C的区域，强度较低，表明在这些温度范围内脱附行为较少或不存在。3.5(CrMnFeCoNi)Ox的NH3-TPD图7(CrMnFeCoNi)Ox的NH3-TPD峰值位置：图中显示了两个主要的脱附峰，分别位于大约100°C和600°C左右。这表明CrMnFeCoNi催化剂表面存在两种不同强度或类型的酸性位点。峰值强度：第一个峰的强度约为3.0a.u.，第二个峰的强度略低一些。这表明在100°C左右脱附的酸性位点数量较多，而在600°C左右脱附的酸性位点数量相对较少。峰值强度的差异可能反映了酸性位点的不同来源或不同的结合强度。峰形：两个峰形都相对较宽，表明这些酸性位点在催化剂表面的分布可能较为复杂，可能涉及到多种不同的表面位点或酸性位点类型。低温和高温区域：在低于100°C和高于800°C的区域，强度较低，表明在这些温度范围内脱附行为较少或不存在。3.6(CrMnFeCoNi)Ox的BET图8(CrMnFeCoNi)Ox的BET吸附和脱附曲线：图中显示了吸附（红色曲线）和脱附（棕色曲线）等温线。吸附和脱附曲线在低相对压力（P/P₀）下接近线性，表明吸附过程主要为单层吸附。在高相对压力下，吸附量显著增加，表明可能发生了多层吸附或孔填充。滞后环：吸附和脱附曲线之间的滞后现象表明存在孔结构或吸附剂与吸附质之间的强相互作用。吸附量：在相对压力接近1时，吸附量达到最大值，表明催化剂具有较大的比表面积和孔体积。最大吸附量约为160cm³/gSTP，显示了较高的比表面积。BET比表面积：72.68m2/g3.7(CrMnFeCoNi)Ox的XPS图a:Co2p轨道谱峰分析：Co2p₃/₂和Co2p₁/₂的结合能分别位于约780.5eV和796.0eV。Co主要以Co²⁺和Co³⁺形式存在。图b:O1s轨道谱峰分析：O1s峰位于约530.0eV。该峰对应于晶格氧，表明催化剂中存在稳定的氧化物结构。图c:Mn2p轨道谱峰分析：Mn2p₃/₂和Mn2p₁/₂的结合能分别位于约642.5eV和654.0eV。Mn主要以Mn²⁺和Mn⁴⁺形式存在。图d:Fe2p轨道谱峰分析：Fe2p₃/₂和Fe2p₁/₂的结合能分别位于约710.5eV和724.0eV。Fe主要以Fe²⁺和Fe³⁺形式存在。图e:Ni2p轨道谱峰分析：Ni2p₃/₂和Ni2p₁/₂的结合能分别位于约855.0eV和872.5eV。Ni主要以Ni²⁺形式存在。图f:Cr2p轨道谱峰分析：Cr2p₃/₂和Cr2p₁/₂的结合能分别位于约577.0eV和589.0eV。Cr主要以Cr³⁺和Cr⁶⁺形式存在。4.结论本研究通过火焰喷雾热解法（FSP）成功制备了高熵氧化物催化剂（CrMnFeCoNi)Oₓ，系统探究了其在丙烷脱氢（PDH）反应中的催化性能与作用机制，为突破传统催化剂活性-稳定性权衡难题提供了新思路。主要结论如下：1.催化剂制备与结构特性通过优化FSP工艺参数（前驱体浓度0.04mol/L、进料速率2mL/min、氧气流量5L/min），获得了具有高比表面积（72.68m²/g）、均匀粒径分布（10-30nm）和丰富表面缺陷（如氧空位）的催化剂。XRD与TEM表征表明，高熵氧化物结构有效抑制了金属元素的偏析，形成稳定的固溶体相；XPS分析进一步证实表面氧空位浓度显著提升，为丙烷吸附与脱氢提供了活性位点。2.催化性能与机理分析在固定床反应器中，（CrMnFeCoNi)Oₓ催化剂于550℃下表现出优异的丙烷脱氢性能：高活性：丙烷转化率达30%，较传统Cr基催化剂（约25%）提升20%；高选择性：丙烯选择性稳定在90%以上，归因于中强度酸性位点（NH₃-TPD显示200-500℃脱附峰）对副反应的抑制；强稳定性：连续运行50小时后，转化率仅下降5%，归功于高熵结构的抗烧结性及表面氧空位的动态再生能力。通过O2-TPD、H₂-TPR等表征，揭示了催化剂表面氧物种的协同作用：中温脱附氧（400℃峰）促进晶格氧的活化和H₂的快速脱附；高温脱附氧（800℃峰）通过稳定金属-氧键抑制积碳生成。XPS表征结果显示，催化剂中多种氧化态的存在表明其具有良好的氧化还原性能，这对于丙烷脱氢反应中的氢气生成和碳沉积抑制具有重要意义。此外，火焰喷雾热解法能够有效调控催化剂的表面化学性质，从而优化其催化性能。3.环境与经济性优势相较于传统Pt/Cr基催化剂，本研究催化剂具有以下优势：环境友好：避免使用有毒Cr元素，符合“双碳”目标；成本可控：原料为廉价过渡金属，制备工艺简化（无需贵金属掺杂或复杂后处理）；能耗降低：FSP一步合成工艺较传统浸渍法能耗减少40%。4.局限性与未来展望尽管（CrMnFeCoNi)Oₓ催化剂展现出显著优势，仍需在以下方向进一步探索：单原子修饰：引入Pd/Pt单原子优化表面电子结构，提升低温活性（目标：450℃转化率>25%）；工业适配：在工业级固定床或流化床反应器中验证催化剂的长期稳定性与抗积碳性能。参考文献GuodongS,ZhiJianZ,LuluL,etal.MetastablegalliumhydridemediatespropanedehydrogenationonH2co-feeding.[J].Naturechemistry,2024,16(4):575-583.杜凯敏,范杰.丙烷氧化脱氢制丙烯研究进展[J].化工进展,2019,38(06):2697-2706.DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1742.ZhongYuW,ZhenHongH,LongYaoL,etal.ResearchprogressofCO2oxidativedehydrogenationofpropanetopropyleneoverCr-freemetalcatalysts.[J].Raremetals,2022,41(7):21-24.WenfuY,QimingS,JihongY.Dehydrogenationofpropanemarcheson[J].Matter,2021,4(8):2642-2644.SaiC,XinC,GuodongS,etal.Propanedehydrogenation:catalystdevelopment,newchemistry,andemergingtechnologies.[J].ChemicalSocietyreviews,2021,50(5):3315-3354.TatianaO,GuiyuanJ