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。近日，华东理工大学化工学院、化学工程联合国家重点实验室催化反应工程团队教授段学志、博士曹约强等在乙炔选择性加氢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了重要研究进展，相关成果分别发表于中国工程院院刊《工程》和《德国应用化学》。
针对这一反应，研究人员从金属催化剂次表面结构调控入手，采用XAS、原位XRD、程序升温技术和DFT计算相结合的研究方法，发现了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原子能显著抑制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，能进一步调变Pd活性位点电子结构，将乙烯选择性进一步提高约30%。此外，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，即通过在Cu催化剂次表面引入Pt物种，创制了高活性和高选择性CuPtx单原子合金加氢催化剂。
同时，研究人员从金属催化剂活性位点设计入手，创新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，表现出显著提高的乙烯选择性。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Ni、Ni5Ga3和NiGa纳米催化剂的可控制备，并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的状态，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催化剂乙烯选择性显著高于对比催化剂，证实了理论预测的结果。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.06.023
https://doi.org/10.1002/ange.202004966
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