高密度抗積碳的新型“動態三原子”加氫催化劑問世

科技日報合肥7月27日電 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，該校路軍嶺教授與李微雪教授、韋世強教授等課題組密切合作，協同利用金屬—載體相互作用和原子限域，首次設計出一種高密度、抗積碳鎳銅“動態三原子”新型非貴金屬催化劑，並在富烯烴氣氛中乙炔和1,3丁二烯選擇性加氫等應用方面取得突破性進展。相關成果7月26日在線發表於《自然·納米技術》。

低碳烯烴是石油化工中的核心平台小分子。石腦油裂解制備的低碳烯烴，通常含有微量乙炔和1,3丁二烯分子，嚴重影響其下游應用。選擇性加氫是去除烯烴中微量乙炔（或1,3丁二烯）的一項關鍵純化技術，其工業催化劑通常是鈀基貴金屬催化劑。開發出高效非貴金屬催化劑，同時避免催化劑燒結和積碳，是一項重要科學難題。

路軍嶺教授團隊通過協同金屬—載體相互作用和原子限域，在石墨型氮化碳載體上製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）選擇性加氫反應中，該催化劑在活性、選擇性、穩定性方面表現出優異的催化性能，遠遠優於鎳單原子催化劑。測試表明，該催化劑在反應過程中基本沒有積碳的生成。

多種表徵和李微雪教授團隊理論計算表明，活性金屬鎳原子通過羥基被限域在兩個銅原子位點中間，形成一種線式結構，鎳原子位點在加氫反應中可以發生動態結構變化。這種動態結構變化，不僅可以改進催化劑對反應分子的吸附從而提高催化活性，而且可以維持高穩定性，而單鎳位點則使得該催化劑表現出高選擇性和高抗積碳性能。

路軍嶺教授表示，這一策略為未來設計高效、穩定且低成本的工業加氫催化劑提供了新思路。