【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】乙炔選擇性加氫反應(yīng)是石油化工生產(chǎn)過(guò)程的步驟。工業(yè)上通過(guò)催化加氫的方式去除乙烯原料氣中殘留的少量乙炔(0.5%-2%)，以避免接下來(lái)聚合反應(yīng)的催化劑中毒失活。研究表明，貴金屬鈀相較于其他金屬在該反應(yīng)中能夠表現(xiàn)出較高的活性和選擇性，并且通過(guò)引入第二金屬組分、表面修飾等調(diào)控手段能夠進(jìn)一步提高其乙烯選擇性，研制高效鈀基乙炔選擇性加氫催化劑。但是貴金屬鈀昂貴的價(jià)格極大提升了生產(chǎn)成本，因此廉價(jià)非貴金屬催化劑的研制一直是催化工業(yè)和科學(xué)研究的熱點(diǎn)。
 

　　近年來(lái)，非貴金屬乙炔選擇性加氫催化劑的設(shè)計(jì)和研制工作取得了重要進(jìn)展，但是仍然存在很多問(wèn)題，如制備困難、活性較低、選擇性不足等缺點(diǎn)。因此，設(shè)計(jì)和研制新型、高效非貴金屬乙炔選擇性加氫催化劑是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重點(diǎn)。催化劑的設(shè)計(jì)高度依賴(lài)于構(gòu)效關(guān)系的建立，而結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確解析是其首要問(wèn)題。以往對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)的表征通?；诜窃皇侄危且恍┟舾行痛呋瘎┰诳諝庵袝?huì)與氧氣發(fā)生相互作用而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化，因此通常非原位手段獲取的結(jié)構(gòu)與真實(shí)催化環(huán)境下的活性結(jié)構(gòu)存在差異，給理解催化機(jī)制和建立構(gòu)效關(guān)系帶來(lái)困難。近年來(lái)，原位技術(shù)的發(fā)展使化學(xué)環(huán)境中催化劑活性結(jié)構(gòu)及其演變的表征成為可能，相關(guān)研究結(jié)果極大推動(dòng)了結(jié)構(gòu)解析及催化機(jī)制認(rèn)知。
 

　　中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心聯(lián)合研究部張炳森研究團(tuán)隊(duì)一直致力于乙炔選擇性加氫催化劑的結(jié)構(gòu)解析、設(shè)計(jì)及研制工作。通過(guò)多種原位手段對(duì)乙炔選擇性加氫催化劑的活性結(jié)構(gòu)形成及其在反應(yīng)條件下的演變進(jìn)行解析，并與反應(yīng)性能關(guān)聯(lián)，為精準(zhǔn)建立乙炔選擇性加氫催化劑的“合成條件-活性結(jié)構(gòu)-反應(yīng)性能”關(guān)系建立奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而為高效加氫催化劑的設(shè)計(jì)工作提供指導(dǎo)。近日，基于研究團(tuán)隊(duì)在乙炔選擇性加氫催化劑的相關(guān)研究工作(Chem. Commun. 2020, 56, 6372; Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 4232; ChemCatChem 2017, 9, 3435)，金屬所研究員張炳森、北京化工大學(xué)衛(wèi)教授敏、吉林大學(xué)教授張偉及瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)博士黃興、Marc-Georg Willinger等人合作，通過(guò)引入鋅原子對(duì)鎳的電子結(jié)構(gòu)和八面體間隙體積進(jìn)行精確調(diào)控，捕捉了乙炔在鎳基納米粒子表面自發(fā)吸附、解離并進(jìn)入形成間隙碳化物Ni3ZnC0.7結(jié)構(gòu)的完整過(guò)程。采用原位X射線衍射、原位同步輻射和透射電子顯微等研究手段對(duì)催化劑結(jié)構(gòu)及其演變進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)間隙碳原子通過(guò)與六個(gè)鎳原子的配位，可有效調(diào)控鎳的原子間距離和電子結(jié)構(gòu)，提高其在乙炔選擇性加氫反應(yīng)中的選擇性和穩(wěn)定性，該工作為高效非貴金屬加氫催化劑的設(shè)計(jì)和制備提供了新思路。
 

　　相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上，論文的第一作者為金屬所博士牛一鳴。
 

　　該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”項(xiàng)目和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目的支持。