- Ideal Bifunctional Catalysis for Propane Dehydrogenation over Pt-Promoted Gallia-Alumina and Minimized Use of Precious Elements

- Susung Lee+, Han Chang Kwon+, Jaewoo Jeong, Hyeyoung Shin, DongHwan Oh, Jin Seok, Jeong-Chul Kim, and Minkee Choi*

- J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 6480−6491 (IF: 14.5)

- https://doi.org/10.1021/jacs.4c13787

 기존 프로필렌 생산법인 나프타 크래킹의 대안으로 떠오른 프로판 탈수소화(PDH) 공정은 고온 작동과 코크스 침적으로 인해 촉매의 주기적인 산화 재생 과정이 필수적입니다. 기존 PDH에 사용되던 백금 기반 촉매는 활성은 뛰어나지만 촉매 재생 시 백금의 소결로 인한 성능 저하 문제가, 금속 산화물 촉매는 안정적이나 성능이 낮다는 한계가 있었습니다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 두 촉매를 결합한 Pt-promoted Ga_xAl_2-xO₃ 촉매를 개발했으며, 실험과 이론 시뮬레이션을 통해 갈륨 이온이 C-H 결합 분해를, 표면에 미량으로 존재하는 백금이 수소 원자 재결합을 촉진하는 이기능성(bifunctional) 메커니즘으로 효율을 향상시키는 것을 밝혔습니다. 또한 Ce 도핑을 이용한 금속-지지체 상호작용 강화와 백금 및 갈륨의 함량 최적화를 통해 산화 재생 과정에서의 촉매 안정성 문제를 해결했습니다. 이 연구는 두 물질이 가지는 메커니즘 규명과 안정성 및 성능 최적화 전략을 제시하여 향후 다기능성 촉매의 연구 방향을 제시하였습니다.