中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)開發(fā)“動態(tài)三原子”加氫催化劑

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用金屬載體相互作用和原子限域，首次設(shè)計(jì)出一種高密度、抗積炭鎳銅“動態(tài)三原子”新型非貴金屬催化劑，并在富烯烴氣氛中乙炔和1，3-丁二烯選擇性加氫等方面進(jìn)行了應(yīng)用。

低碳烯烴是石油化工中的核心平臺小分子。石腦油裂解制備的低碳烯烴因含有微量乙炔和1，3-丁二烯分子，影響其下游應(yīng)用。選擇性加氫是烯烴關(guān)鍵純化技術(shù)，其工業(yè)催化劑通常是鈀基貴金屬催化劑。開發(fā)出高效非貴金屬催化劑，同時避免催化劑燒結(jié)和積炭具有重要意義。

該研究團(tuán)隊(duì)通過協(xié)同金屬、載體相互作用和原子限域，在石墨型氮化碳載體上制備出一種高密度鎳銅三原子催化劑。在富乙烯氛圍的乙炔或1，3-丁二烯選擇性加氫反應(yīng)中，該催化劑在活性、選擇性、穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，且優(yōu)于鎳單原子催化劑，反應(yīng)過程中沒有積炭生成。

表征和理論計(jì)算結(jié)果表明，活性金屬鎳原子通過羥基被限域在兩個銅原子位點(diǎn)中間，形成一種線式結(jié)構(gòu)，鎳原子位點(diǎn)在加氫反應(yīng)中發(fā)生動態(tài)結(jié)構(gòu)變化。這種變化不僅改進(jìn)催化劑對反應(yīng)分子吸附從而提高催化活性，而且可以維持高穩(wěn)定性，單鎳位點(diǎn)使得該催化劑表現(xiàn)出高選擇性和高抗積炭性能。

該研究可為設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定、低成本的工業(yè)加氫催化劑提供思路。