华东理工大学新型乙炔选择性加氢催化剂研究获进展

近日，华东理工大学研究团队在乙炔选择性加氢Pd催化剂次表面结构调控和Ni催化剂活性位点设计方面取得研究进展，相关成果发表于中国工程院院刊《工程》和《德国应用化学》杂志。

乙烯工业是石油化工产业的核心，乙炔选择性加氢是石脑油裂解制备聚合级乙烯的关键技术之一。研究团队从金属催化剂次表面结构调控入手，采用原位X射线吸收光谱(XAS)、原位X射线衍射仪(XRD)技术、程序升温技术和密度泛函理论DFT计算相结合的研究方法，发现以纳米炭材料为载体制备的Pd催化剂次表面存在C原子。该次表面C原子能抑制Pd催化剂次表面氢物种的生成、促进目标产物乙烯的脱附，显著提高乙烯选择性。通过向炭载体中引入石墨氮物种，能调变Pd活性位点电子结构，将乙烯选择性进一步提高约30%。催化剂次表面结构调控策略也被应用于不饱和醛选择性加氢催化剂设计及调控，通过在Cu催化剂次表面引入Pt物种，开发了高活性和高选择性CuPtx单原子合金加氢催化剂。

该研究团队从金属催化剂活性位点设计入手，提出通过构筑结构稳定、长程有序Ni-Ga金属间化合物实现Ni活性位点原子级精准调控策略。理论计算结果表明，相比于Ni和Ni5Ga3催化剂，NiGa催化剂中Ni活性位点被Ga完全隔离，使得乙炔和乙烯分子以π键模式择优吸附，乙烯选择性显著提高；基于层状双金属氢氧化物(LDHs)层板阳离子的可调性，实现了粒径相似的Ni,Ni5Ga3,NiGa纳米催化剂的可控制备，结合球差电子显微镜和XAS等表征技术，发现NiGa金属间化合物催化剂中Ni活性位点处于完全孤立状态，且乙炔和乙烯分子通过π键构型吸附。性能考评结果表明，Ni位点完全隔离的NiGa催化剂作用下的乙烯选择性显著高于对比催化剂，证实了理论预测结果。