信息来源：中国人民大学化学与生命资源学院 发布日期：2025年10月18日

科研成果

       乙烯是全球最重要的大宗化工原料，被誉为“石化工业的晴雨表”，广泛应用于塑料、橡胶、合成纤维及精细化工产品的生产。随着页岩气和非常规天然气的开发，乙烷正逐渐成为制乙烯的重要替代原料。与传统石脑油裂解工艺相比，乙烷路线具有资源丰富、成本低廉、碳排放较低等优势，是推动全球化工产业绿色转型的关键方向。

然而，乙烷脱氢（Ethane Dehydrogenation，EDH）过程仍面临技术瓶颈：非氧化脱氢受热力学平衡限制、能耗高且易积碳失活；氧化脱氢虽热力学有利，却易发生产物过度氧化为CO2等副反应，选择性难以保障。为突破这一难题，化学链氧化脱氢（Chemical Looping Oxidative Dehydrogenation, CL-ODH）技术通过可逆氧化还原介质实现间接供氧，既能精准调控晶格氧活性、抑制副反应，又能降低积碳、提升稳定性，被视为实现高效清洁制烯烃的潜力路线。

近日，中国人民大学化学与生命资源学院张涛团队与德国莱布尼茨催化研究所研究人员合作，在乙烷化学链氧化脱氢研究中取得重要进展。研究团队开发了一种结构可控、性能优异的ZrO2基催化剂体系，通过过渡金属掺杂与晶面调控，实现了对晶格氧数量及活性的精确调节。该体系在乙烯时空收率上显著优于已报道的催化剂，并表现出优异的反应稳定性和抗积碳性能。该研究成果以题为“Regulation of lattice oxygen reactivity of ZrO₂ to promote efficient chemical looping oxidative dehydrogenation of ethane”发表于国际顶级期刊《Nature Communications》。张涛副教授为论文第一作者，中国人民大学为第一完成单位。

研究的主要创新之处在于引入TAP（Temporal Analysis of Products，瞬态产物分析）技术，实现了亚毫秒级（约100 μs）反应物及产物动态变化的高时间分辨检测。通过TAP-MS-GC多尺度联用分析，首次在国际上实现了低碳烷烃脱氢产物跨越亚毫秒-秒-分钟时间尺度的连续检测，突破了传统检测手段在时间分辨率上的瓶颈。结合Operando UV-is和in situ DRIFTS原位表征，系统揭示了ZrO2基催化剂在乙烷CL-ODH过程中的反应演化路径。

ZrO2基催化剂乙烷化学链氧化脱氢反应路径

该成果不仅推动了化学链氧化脱氢基础研究的发展，也为低碳烷烃脱氢催化剂精准设计与工业化放大提供了重要科学依据，为绿色化工与碳中和目标的实现贡献了“中国方案”。