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華東理工大學低碳炔烴選擇性加氫催化劑設計獲進展

文章來源：中化新網更新時間：2025-08-13 15:44:56

近日，華東理工大學催化反應工程團隊段學志教授、曹約強特聘研究員基于吸附構型匹配策略在炔烴加氫催化劑創制方面取得新進展，構建兼具表面Pd1Sb2三原子位點與近表面Pd位點（Pdns）的PdSb金屬間化合物催化劑，實現烴類吸附與氫氣活化位點的空間解耦，突破了加氫反應活性與選擇性平衡制約。相關研究成果在線發表于《美國化學會志》。

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圖片說明：炔烴加氫位點空間解耦示意圖

低碳炔烴選擇性加氫是基于石腦油和低碳烷烴裂解制備聚合級乙烯和丙烯的關鍵反應。盡管傳統Pd基催化劑因未填充的d軌道電子結構表現出高活性，但在高炔烴轉化率下仍易發生過度加氫和偶聯副反應。先前研究表明，通過精確調控活性位點的電子結構和空間構型，實現炔烴的強σ吸附和烯烴的弱π吸附，從而打破活性與選擇性之間的制約關系。催化劑表面活性位點的精準設計可以實現烴類分子的吸附構型匹配，但炔烴與氫氣的競爭吸附往往導致氫活化受限。為此，研究團隊提出表面-近表面位點協同催化設計理念，構建兼具表面Pd1Sb2三原子位點和近表面Pd位點的PdSb金屬間化合物催化劑，實現了炔烴吸附與氫氣活化的位點解耦，顯著提升了低碳炔烴選擇性加氫性能。

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圖片說明：催化劑合成策略示意圖

該團隊利用Pd/Mg/Al-LDHs的層間限域效應實現Pd原子原位捕獲熔融Sb原子，經過高溫誘導有序化生成穩定的PdSb金屬間化合物催化劑。球差電鏡和X射線吸收譜解析了其表面Pd1Sb2三原子位點及近表面Pd位點的獨特結構特征。結合吸附構型解析、HD同位素交換及原位紅外光譜等機理研究手段，發現表面Pd1Sb2位點可以匹配炔烴的σ-吸附構型以及烯烴的π-吸附構型；同時，Pd1Sb2鄰近的近表面Pd位點與其協同實現了H2自發解離。催化性能評價結果表明，該PdSb催化劑在模擬工業條件下，實現了乙炔和丙炔的100%轉化，其中乙炔半加氫的乙烯選擇性高達96.50%，丙炔半加氫的丙烯選擇性高達98.65%，顯著優于目前已報道的Pd基催化劑。

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圖片說明：PdSb催化劑結構解析與催化性能

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