華東理工大學新型乙炔選擇性加氫催化劑研究獲進展

近日，華東理工大學研究團隊在乙炔選擇性加氫Pd催化劑次表面結構調控和Ni催化劑活性位點設計方面取得研究進展，相關成果發表于中國工程院院刊《工程》和《德國應用化學》雜志。

乙烯工業是石油化工產業的核心，乙炔選擇性加氫是石腦油裂解制備聚合級乙烯的關鍵技術之一。研究團隊從金屬催化劑次表面結構調控入手，采用原位X射線吸收光譜(XAS)、原位X射線衍射儀(XRD)技術、程序升溫技術和密度泛函理論DFT計算相結合的研究方法，發現以納米炭材料為載體制備的Pd催化劑次表面存在C原子。該次表面C原子能抑制Pd催化劑次表面氫物種的生成、促進目標產物乙烯的脫附，顯著提高乙烯選擇性。通過向炭載體中引入石墨氮物種，能調變Pd活性位點電子結構，將乙烯選擇性進一步提高約30%。催化劑次表面結構調控策略也被應用于不飽和醛選擇性加氫催化劑設計及調控，通過在Cu催化劑次表面引入Pt物種，開發了高活性和高選擇性CuPtx單原子合金加氫催化劑。

該研究團隊從金屬催化劑活性位點設計入手，提出通過構筑結構穩定、長程有序Ni-Ga金屬間化合物實現Ni活性位點原子級精準調控策略。理論計算結果表明，相比于Ni和Ni5Ga3催化劑，NiGa催化劑中Ni活性位點被Ga完全隔離，使得乙炔和乙烯分子以π鍵模式擇優吸附，乙烯選擇性顯著提高；基于層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)層板陽離子的可調性，實現了粒徑相似的Ni,Ni5Ga3,NiGa納米催化劑的可控制備，結合球差電子顯微鏡和XAS等表征技術，發現NiGa金屬間化合物催化劑中Ni活性位點處于完全孤立狀態，且乙炔和乙烯分子通過π鍵構型吸附。性能考評結果表明，Ni位點完全隔離的NiGa催化劑作用下的乙烯選擇性顯著高于對比催化劑，證實了理論預測結果。