新型雙金屬協(xié)同催化體系助力多相催化加氫

華東理工大學(xué)化工學(xué)院催化反應(yīng)工程團(tuán)隊教授段學(xué)志、特聘研究員曹約強(qiáng)和化學(xué)與分子工程學(xué)院教授戴升，構(gòu)建了雙金屬協(xié)同催化體系，通過利用鈀（Pd）和銅（Cu）位點(diǎn)各自優(yōu)勢，提升加氫活性的同時可有效抑制深度加氫與偶聯(lián)副反應(yīng)的發(fā)生，為通過催化劑活性位點(diǎn)局域環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控關(guān)鍵物種吸附構(gòu)型和炔烴加氫反應(yīng)路徑提供新的思路，也為多相加氫催化劑理性設(shè)計提供借鑒。相關(guān)研究近日發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。

多相催化加氫技術(shù)廣泛應(yīng)用于大宗化學(xué)品和精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)。然而，反應(yīng)物/中間體不利的構(gòu)型往往導(dǎo)致反應(yīng)路徑調(diào)控困難，制約了高效加氫催化劑的設(shè)計。丙炔加氫是制備聚合級丙烯過程的關(guān)鍵，Cu催化劑雖可避免過度加氫，但因氫氣活化能力弱，易引發(fā)偶聯(lián)副反應(yīng)，Pd基催化劑雖活性高，卻因丙烯吸附過強(qiáng)導(dǎo)致選擇性不足。如何通過調(diào)控催化劑活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)，平衡氫氣活化與丙烯脫附，是提升催化性能的核心難題。

研究團(tuán)隊通過精確調(diào)控Pd/Cu比例，成功構(gòu)筑了Pd單原子修飾的Cu表面、Pd團(tuán)簇位點(diǎn)修飾的Cu表面以及PdCu合金等不同局域環(huán)境的活性位點(diǎn)。系列實(shí)驗(yàn)表明，Pd團(tuán)簇位點(diǎn)的存在可直接催化原本發(fā)生在Cu位點(diǎn)上的丙炔加氫反應(yīng)，同時促進(jìn)氫氣解離活化和目標(biāo)產(chǎn)物丙烯脫附，催化劑在丙炔完全轉(zhuǎn)化時丙烯的選擇性高達(dá)95.3%。相比之下，經(jīng)Pd單原子位點(diǎn)調(diào)變的Cu表面更易發(fā)生偶聯(lián)副反應(yīng)，而PdCu合金催化劑上由于丙烯的強(qiáng)吸附而易發(fā)生過度加氫反應(yīng)。

不同類型鈀位點(diǎn)調(diào)控銅催化劑局域環(huán)境示意圖。圖片由研究團(tuán)隊提供