Pd催化乙炔半加氢反应载体效应的结构根源和动力学分析

曹约强，葛小虎，李雨柔，司锐，隋志军，周静红，段学志,，周兴贵

1.引言

阐明乙烯工业中Pd催化富乙烯气氛中痕量乙炔半加氢反应机理，对于催化剂设计与优化具有重要意义[1-4]。Pd催化乙炔加氢反应被广泛认为是一个典型的结构敏感反应，即Pd催化剂的催化性能有明显的尺寸效应[5-7]。对这种尺寸效应的动力学和结构分析表明，Pd(111)表面是乙炔转化和C4副产物形成的主要活性位点，而Pd边位是乙烷形成的主要活性位点[8]。研究还表明，小粒径的Pd催化剂表现出不同的电子性质，这些性质对反应动力学有很大影响[6,8]，说明在乙炔半加氢反应中存在显著的Pd粒径效应。

除粒径效应外，载体效应对Pd催化剂的催化性能也有明显的作用[9-13]。在大多数这些研究中，不同粒径的Pd催化剂上Pd纳米颗粒的尺寸和电子性质一般是同时变化的。此外，用可还原的或酸性金属氧化物作为载体时还存在金属-载体界面的效应，同时载体酸性也会影响结焦过程。因此，弱相互作用的和化学惰性的α-Al2O3常被用作工业Pd基催化剂的载体[14-15]。当采用另一种弱相互作用的碳材料作为催化剂载体时，其固有的弱酸性对催化剂失活没有明显影响[16]，而且与将α-Al2O3作为载体相比，碳材料作为载体时对Pd催化乙炔半加氢具有促进作用[8,17]。此外，碳载体还具有与α-Al2O3载体不同的其他独特性质，如高比表面积、可调的表面化学性质以及金属与载体之间的有效电子传输特性等[18-20]。基于上述分析，载体效应的结构和动力学研究对于实现催化剂的设计和优化是非常有必要的。……