芳烃（如苯、甲苯、二甲苯，统称BTX）是石油化工行业不可或缺的基础原料。随着我国煤制油（CTL）及Fischer-Tropsch合成技术的快速发展，产生了大量富含C6～C10直链烷烃的石脑油副产物。将这些低质量烷烃高效转化为高附加值的芳烃，不仅能提升油品质量，还能缓解芳烃市场的供应压力。Pt/KL催化剂具备LTL型拓扑结构和一维通道限域效应，在正己烷芳构化反应中表现出优异的择形催化性能。然而，现有高性能催化剂合成方案（如原子层沉积ALD）往往工艺复杂、成本高，难以实现工业化大规模应用。因此，研究简单、低成本且能调控Pt空间分布的工业级催化剂制备具有重要的学术和应用价值。
基于此，本文提出基于载体的后成型超量浸渍（PSOI）策略，通过调控Pt负载量可实现金属物种在分子筛孔口或孔道内的可控分布。优化后，催化剂上的正己烷转化率达98.1%，芳烃选择性为82.4%，并明确了Pt空间分布与催化性能的构效关系，为工业经济高效制备芳构化催化剂提供了新认识。
◇工业催化剂后浸渍金属新认识：在分子筛载体成型后进行浸渍，通过简单调节Pt负载量即可实现活性位点在通道内的定位。最优催化剂0.37Pt/KL在440 ℃下实现正己烷转化率98.1%、芳烃选择性82.4%，16 h运行稳定性优异，优于孔口分布样品。
◇ 实现Pt在分子筛一维孔道内的限域：揭示了Pt团簇随负载量增加，从孔口分布向通道内限域再向内外混合分布演变的规律。在最优Pt负载量（质量分数0.37%）下，Pt团簇高度分散（分散度>80%）并优先限域在KL分子筛孔道内部，形成强金属-载体相互作用，Pt以富电子态存在，显著抑制氢解与积炭副反应。
◇ 系统揭示了Pt分布-扩散行为-催化性能的构效关系：结合HAADF-STEM、CO-DRIFTS及零长柱扩散研究，系统评估了Pt定位对反应物正己烷分子传输的影响，证实了通道内分散的Pt能有效缓解扩散屏障；过量负载则导致孔口堵塞、扩散受阻，明确了金属空间分布对传质与反应的决定性作用。
◇ 原位表征直接揭示芳构化反应机理：通过原位DRIFTS观测到烯烃、环烷烃中间体与芳烃产物的演变过程，直观证明反应主要发生在分子筛孔道内限域的Pt活性位点上，为烷烃芳构化机理提供直接光谱证据。
XRD图谱显示（图1），经PSOI制备的催化剂，所有xPt@KL系列催化剂均保持了典型的LTL拓扑结构，未检测到金属Pt的特征峰，表明Pt呈高分散状态。N2吸附-脱附表征证实，随着Pt负载量增加，微孔比表面积和孔体积呈小幅递减趋势，表明Pt团簇部分占据了孔道空间。
XPS表征(图2）证实了KL分子筛骨架向Pt团簇转移电子，形成富电子Ptδ-物种，K 2p结合能正向偏移进一步佐证二者存在强相互作用，且随Pt负载量增加相互作用增强；H2-TPR表征进一步证实了Pt负载量增加，Pt与分子筛载体之间的相互作用增强；CO2-TPD表征证实了强 Pt-载体相互作用可增强分子筛骨架氧碱性，Pt-载体相互作用越强, 相邻骨架氧原子的碱性增强，CO2吸附力增强，解吸温度越高，证明富电子的Pt簇充当电子供体。
CO-DRIFTS表征（图3）证实，Pt的空间定位与负载量相关：在低负载量下，Pt主要锚定于孔口区域，导致正己烷脱附峰信号增强；随着负载量提升，活性金属进一步深入孔道内部，并在过饱和状态下诱发少量Pt在外表面积聚。光谱分析进一步揭示了金属-骨架间的深层相互作用：Raman与FT-IR谱峰位置保持稳定，证明PSOI过程未破坏KL分子筛的骨架完整性。然而，随Pt负载量升高，骨架特征峰强度呈现显著增强趋势：其中，Raman图谱中四元环振动峰随负载量呈现出特征性的三阶段非线性增强；同时，FT-IR谱中的多个骨架振动峰同步强化。综上所述，通过精准调控 Pt 负载量，不仅能实现活性位点在孔口、孔道及外表面的空间定向分布，更能有效调制金属的电子结构与载体间的耦合强度，从而实现对KL分子筛催化性能的调控。
HAADF-STEM表征（图4）证实，xPt@KL中Pt团簇平均粒径约0.7 nm，其空间分布呈现规律性演变：低负载时主要分布在孔口附近；中等负载时更多进入孔道内部并沿孔道取向分布；高负载时则为孔口与孔道内共存，与上文表征结论一致。通道的约束作用抑制了颗粒的生长，因此形成高度分散的小团簇。0.37Pt@KL的元素EDX映射进一步证实了Pt分散的高均匀性。
采用零长度柱法研究了正己烷在xPt@KL催化剂孔道内的扩散（图6），发现在温度范围333～373 K内，扩散时间常数D/R2随铂负载量先升高后降低，Pt负载通过调控金属物种的纳米尺度分布与电子结构显著影响孔内扩散。负载量0.37%为传质最优负载量，负载量0.45%则是扩散性能转折点。从分子扩散角度证实，金属物种的空间分布是调控分子筛孔内扩散特征的关键因素。
在固定床反应器中评估了催化剂的正己烷芳构化性能（图7），在440 ℃下，负载量0.21%时芳烃选择性70.61%（苯选择性70.37%）；负载量0.29%时正己烷转化率提升至97.18%，苯选择性达76.37%；负载量0.37%时性能最优，正己烷转化率98.06%、苯选择性82.32%、总芳烃选择性82.41%，这归因于Pt团簇主要局限于分子筛孔道内，最大化活性位点与择形环境的协同作用。450 ℃下16 h长期稳定性测试显示，0.37Pt@KL催化剂芳烃收率最高且最稳定、失活最少，体现分子筛限域效应可稳定孔道内Pt团簇。
正己烷的In-situ DRIFTS实验结果（图8）证实，向0.37Pt@KL催化剂通入正己烷时，波数2963、2931和2877 cm-1处快速出现正己烷吸附特征峰，约10 min达吸附-解吸平衡，与该催化剂的微孔结构和优化扩散特性一致。波数3740 cm-1处外表面硅羟基峰无明显变化，表明吸附及反应主要发生在分子筛孔道内，与HAADF-STEM和CO-DRIFTS结果一致。He吹扫时正己烷吸附峰消失（证实吸附可逆），解吸过程出现苯及烯烃/环烯烃特征峰，为正己烷在受限Pt位点上依次发生脱氢、环化反应提供了直接光谱证据。
本研究通过简单的后成型浸渍工艺实现了Pt活性位点的空间精准调控。研究证实，将Pt团簇限域在KL沸石的一维通道内是提升芳构化性能的关键。多种表征结果表明，Pt的空间位置直接决定其几何与电子性质；扩散动力学研究进一步证实，Pt在孔道内的最优分散有利于分子传质，而分布偏离则会增大扩散阻力、改变扩散机制。当Pt负载量为0.37%时，Pt在分子筛孔道中均匀分布，催化剂表现出最佳的正己烷芳构化性能：转化率为98.1%，芳烃选择性为82.4%，且稳定性优。分子筛限域效应强化了金属-载体相互作用，促进脱氢环化、抑制氢解副反应；而Pt分布不当则会导致扩散受限与副反应加剧。原位红外光谱直接证明，正己烷的吸附与转化主要发生在孔道内的限域Pt活性位点上。该研究提供了一种可工业化制备高性能金属-分子筛催化剂的实用方法，揭示了纳米限域在烷烃芳构化中的关键作用，为高效烃类转化催化剂的理性设计提供了重要依据。
Jianjian Yang, Qijia Chen, Ziyi Qiu, et al. Post-Shaping Over-Impregnation: A Facile Strategy for Pt-KL Catalysts With Ultrahigh Metal Dispersion and Enhanced Aromatization Performance [J]. Carbon and Hydrogen, doi.org/10.1002/cbh2.70060
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cbh2.70060
刘勇平，桂林理工大学化学与生物工程学院教授、副院长，同时任桂林理工大学科学技术研究院副院长、科技处副处长，广西杰出青年基金获得者，美国密苏里大学-堪萨斯分校高级访问学者，主要研究方向为光/电催化材料设计与异质结光电极制备。主持、参与国家自然科学基金6项，广西杰出青年基金1项，广西自然科学基金项目2项，桂林市科技开发项目1项。在ChemsusChem, Applied Catalysis B: Environmental, Catalysis Communications等国际期刊发表SCI学术研究论文30余篇，Small, Applied Catalysis B: Environment，等国际国内刊物的审稿人，获得授权发明专利5项，获得桂林理工大学“优秀青年教师”荣誉称号。
李文林，太原理工大学副教授。主要从事分子筛结构的原子级调控，旨在探究其与催化性能的构效关系，通过工艺优化揭示制约活性的关键因素。研究领域涵盖化石燃料的高效转化及可持续航空燃料（SAF）的开发。目前重点开展：（1）可持续航空燃料合成工艺及催化剂研发；（2）CO2转化及轻烃高值化利用。2019-2020年在美国布鲁克海文国家实验室从事博士后研究。主持国家自然科学基金等课题累计5项，现任《石油学报（石油加工）》及《Carbon and Hydrogen》青年编委。以第一/通讯作者在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Appl. Mater. Inter., Chem. Eng. J., Ind. Eng. Chem. Res., Fuel, Energy Fuel., 《石油学报（石油加工）》等学术期刊发表论文30余篇，以第一发明人授权中国发明专利13件，转化2件。担任J. Am. Chem. Soc.等期刊审稿人。曾获《石油学报（石油加工）》首届优秀青年编委；第八届中美化学工程会议最佳论文；中国仪器仪表行业协会二等奖等奖励。
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