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作者: 桂運安 來源:中國科學報 發布時間:2021/7/27 14:03:52
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新型高密度抗積碳加氫催化劑問世

中國科學技術大學教授路軍嶺與李微雪、韋世強等課題組密切合作,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,并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日在線發表于《自然—納米技術》。

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,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,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,遠遠優于鎳單原子催化劑。測試表明,該催化劑在反應過程中基本沒有積碳的生成。

多種表征和李微雪團隊理論計算表明,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。

相關論文信息:https://doi.org/10.1038/s41565-021-00951-y

 
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