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原子级分散乙炔选择性加氢催化剂研究取得新进展

发布时间: 2019-11-07 17:12:11

[摘要] 乙炔选择性加氢是工业生产高分子聚合物过程中的重要催化反应之一。相比于传统的团簇铜催化剂,原子级分散铜催化剂具有显著的乙炔加氢催化活性和乙烯选择性。利用密度泛函理论模拟计算表明,相比于团簇铜催化剂,原子

最近,中国科学院金属研究所沈阳国家材料科学研究中心联合研究室的刘洪阳、黄飞博士等团队成员,包括北京大学马丁教授、中国科学院上海应用物理研究所郑江教授、香港科技大学王宁教授,实现了原子分散铜(cu)催化剂催化乙炔的高效选择性加氢。相关的研究结果发表在《自然通讯》的网上。

乙炔选择性加氢是聚合物工业生产中的重要催化反应之一。如何选择性地将乙炔加氢成乙烯,避免乙烯进一步加氢成乙烷,是该反应中亟待解决的主要问题。研究员刘红阳带领团队研究了近年来新型纳米碳材料负载金属催化剂。最近,研究团队首次将原子级分散的单位点铜锚定在有缺陷的纳米石墨烯载体上,原子级分散的铜原子通过与载体缺陷上的三个碳原子键合而稳定在石墨烯碳缺陷位点上。与传统的簇铜催化剂相比,原子分散铜催化剂对乙炔加氢和乙烯选择性具有显著的催化活性。密度泛函理论模拟计算表明,与簇铜催化剂相比,原子分散铜催化剂能有效促进乙炔加氢反应中乙炔的活化和乙烯的解离。这项研究工作成功地将乙炔高选择性催化剂从贵金属钯催化剂扩展到廉价的非贵金属铜催化剂,为今后高活性、高稳定性、低成本工业加氢催化剂的设计和开发奠定了坚实的基础。

以上工作得到国家基金委员会重大研究项目重点基金、国家基金委员会重大研究项目培育项目、国家基金委员会一般项目、科技部重点研发项目“纳米特殊”青年科学家项目、中国科学院青年促进会、中国科学院金属研究所、沈阳国家材料科学研究中心、上海同步辐射光源的支持。

图1催化剂的加氢催化活性。(原子分散铜催化剂cu1/nd@g对乙炔加氢具有较低的活化能垒,转化率(tof)比铜簇催化剂(CuN/Nd @ g)高4倍以上,在60h反应稳定性试验中具有优异的性能。)

图2 dft计算。(反应中间体乙烯的脱附能垒(1.08 ev)小于乙烯的另一氢化能垒(1.27 ev),这有利于乙烯脱附并避免乙烯的进一步过度氢化。)

图3催化性能对比示意图。(cu1/nd@g比cun/nd @ g具有更低的乙炔或化学屏障(1.36 ev对1.50 ev)

(中国日报辽宁记者站)

资料来源:中国日报

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