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Angew：華東理工催化反應(yīng)工程團(tuán)隊炔烴選擇性加氫催化劑設(shè)計新策略
來源：華東理工大學(xué) 2022-11-29
導(dǎo)讀：近日，華東理工大學(xué)化工學(xué)院催化反應(yīng)工程團(tuán)隊在機(jī)理驅(qū)動的炔烴選擇性加氫催化劑活性位點設(shè)計領(lǐng)域取得新進(jìn)展，在原子尺度精準(zhǔn)調(diào)控了相鄰Pd位點間距離以匹配關(guān)鍵物種的吸附構(gòu)型，實現(xiàn)了目標(biāo)反應(yīng)路徑的定向調(diào)控。相關(guān)成果以“Increasing the Distance of Adjacent Palladium Atoms for Configuration Matching in Selective Hydrogenation”為題發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上(Hot Paper)。
設(shè)計活性位點分布均勻、距離精確可控的催化劑，以匹配目標(biāo)反應(yīng)路徑中關(guān)鍵物種的構(gòu)型，在原子尺度上實現(xiàn)對復(fù)雜反應(yīng)路徑的定向調(diào)控，是多相催化領(lǐng)域長期以來追求的目標(biāo)。以乙炔選擇性加氫為例，研究團(tuán)隊基于前期研究基礎(chǔ) (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 11647; Nat. Commun. 2022, 13, 5534)，以具有不同相鄰Pd位點間距離(dPd-a-Pd)特征的Pd-In金屬間化合物作為模型，通過理論計算揭示了相鄰Pd位點間距離可以很好地描述目標(biāo)產(chǎn)物乙烯與副產(chǎn)物C4生成兩種競爭反應(yīng)。延長相鄰Pd位點間距離有利于促進(jìn)乙烯脫附并導(dǎo)致C2H3*偶聯(lián)的過渡態(tài)失穩(wěn)，從而促進(jìn)乙烯生成并抑制C4生成。研究團(tuán)隊進(jìn)一步通過實驗合成以上Pd-In金屬間化合物催化劑，并借助球差電鏡和X射線吸收光譜等表征技術(shù)解析了催化劑的原子結(jié)構(gòu)和局域環(huán)境，證明了系列具有不同相鄰Pd位點間距離的Pd-In金屬間化合物的成功制備。催化反應(yīng)性能評價表明：具有最長相鄰Pd位點間距離的PdIn催化劑在乙炔轉(zhuǎn)化率為100%時，乙烯選擇性高達(dá)90.2%，明顯高于對比催化劑，證實了理論計算的預(yù)測結(jié)果。通過構(gòu)型分析、反應(yīng)動力學(xué)以及電子結(jié)構(gòu)研究，發(fā)現(xiàn)PdIn催化劑優(yōu)異性能主要歸因于Pd 4d與In 2s-p軌道的能量匹配和適宜的雜化，尤其是Pd 4d與In 2p軌道的雜化。此外，具有最長相鄰Pd位點間距離的PdIn催化劑也成功應(yīng)用與丙炔選擇性加氫中，在丙炔轉(zhuǎn)化率為100%時，丙烯選擇性可達(dá)92%。
該論文第一作者為博士研究生葛小虎，通訊作者為華東理工大學(xué)化工學(xué)院催化反應(yīng)工程團(tuán)隊段學(xué)志教授和曹約強(qiáng)特聘研究員。論文研究工作得到了袁渭康院士和周興貴教授等的悉心指導(dǎo)，并得到華東理工大學(xué)費林加諾貝爾獎科學(xué)家聯(lián)合研究中心戴升教授在電鏡表征中的大力支持。此外，該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、上海市教委科研創(chuàng)新計劃自然科學(xué)重大項目、上海市科委科技創(chuàng)新行動計劃等項目的支持。
參考資料：https://hgxy.ecust.edu.cn/2022/1129/c1183a151154/page.htm
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