近日，我校化工學(xué)院催化反應(yīng)工程團隊段學(xué)志教授、曹約強特聘研究員和化學(xué)與分子工程學(xué)院戴升教授等在炔烴加氫反應(yīng)路徑調(diào)控方面取得新進展，相關(guān)成果以“Pd Ensemble Sites Tuned Local Environment of Cu Catalysts for Matching Propyne Semi-Hydrogenation”為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》期刊上。

多相催化加氫技術(shù)廣泛應(yīng)用于大宗化學(xué)品和精細化學(xué)品的生產(chǎn)。然而，由于反應(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。近年來，隨著先進表征技術(shù)與理論模擬方法的協(xié)同發(fā)展，研究者逐漸認識到通過原子級精準調(diào)控活性位點的配位微環(huán)境，可實現(xiàn)對反應(yīng)物吸附構(gòu)型及加氫路徑的定向調(diào)控，這為突破傳統(tǒng)催化劑的性能瓶頸提供了新思路。丙炔加氫是制備聚合級丙烯過程的關(guān)鍵，其復(fù)雜的串并聯(lián)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)涉及目標產(chǎn)物丙烯的生成、過度加氫副產(chǎn)物丙烷的形成以及偶聯(lián)反應(yīng)生成綠油前驅(qū)體等多個競爭路徑。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)；而Pd基催化劑雖活性高，卻因丙烯吸附過強導(dǎo)致選擇性不足。如何通過調(diào)控催化劑活性位點結(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。

為此，研究團隊通過精確調(diào)控Pd/Cu比例，成功構(gòu)筑了Pd單原子修飾的Cu表面、Pd團簇位點修飾的Cu表面以及PdCu合金等不同局域環(huán)境的活性位點。催化性能測試、動力學(xué)分析和程序升溫實驗表明：Pd團簇位點的存在可直接催化原本發(fā)生在Cu位點上的丙炔加氫反應(yīng)，同時促進氫氣解離活化和目標產(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95.3%。相比之下，經(jīng)Pd單原子位點調(diào)變的Cu表面（與原始Cu催化劑的本征Cu位點相似）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吸附而易發(fā)生過度加氫反應(yīng)。這些結(jié)果表明，本文構(gòu)建的雙金屬協(xié)同催化體系，通過利用Pd和Cu位點各自優(yōu)勢，在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。論文研究工作為通過催化劑活性位點局域環(huán)境精準調(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。

化工學(xué)院博士研究生顏克琳為該論文第一作者，化工學(xué)院段學(xué)志教授、曹約強特聘研究員和化學(xué)與分子工程學(xué)院戴升教授為通訊作者。論文研究工作得到了袁渭康院士、陳德院士和周興貴教授的悉心指導(dǎo)，并得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和上海市教委/科委等項目的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202503263