中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授路軍嶺與李微雪、韋世強等課題組合作，協(xié)同利用金屬—載體相互作用和原子限域，首次設(shè)計出一種高密度、抗積碳鎳銅“動態(tài)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(yīng)用方面取得突破性進展。相關(guān)成果日前在線發(fā)表于《自然-納米技術(shù)》。
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(yán)重影響其下游應(yīng)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(guān)鍵純化技術(shù)，其工業(yè)催化劑通常是鈀基貴金屬催化劑。開發(fā)出高效非貴金屬催化劑，同時避免催化劑燒結(jié)和積碳，是一項科學(xué)難題。
路軍嶺團隊通過協(xié)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(yīng)中，該催化劑在活性、選擇性、穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，遠遠優(yōu)于鎳單原子催化劑。測試表明，該催化劑在反應(yīng)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(jié)構(gòu)，鎳原子位點在加氫反應(yīng)中可以發(fā)生動態(tài)結(jié)構(gòu)變化。這種動態(tài)結(jié)構(gòu)變化，不僅可以改進催化劑對反應(yīng)分子的吸附從而提高催化活性，而且可以維持高穩(wěn)定性，而單鎳位點則使得該催化劑表現(xiàn)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(shè)計高效、穩(wěn)定且低成本的工業(yè)加氫催化劑提供了新思路。
