科技日报记者 杨仑
近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心刘洪阳研究员团队在亚纳米尺度原子级分散金属加氢催化剂研究领域取得重要进展。研究团队通过在富缺陷石墨烯载体上成功构筑金属Pd₂双原子活性位点，攻克了工业乙炔半加氢工艺中高活性与高选择性难以兼得的长期挑战。相关成果于3月31日发表在《自然·通讯》上。
乙烯作为年产量超2亿吨的大宗化学品，是聚烯烃工业的基石。在石脑油蒸汽裂解制乙烯过程中，原料气中含有的少量乙炔杂质（0.5%—3%）会严重毒化下游聚合催化剂。目前，工业上普遍采用半加氢工艺脱除乙炔，但乙烯过度加氢生成乙烷在热力学上更具优势，传统纳米钯（Pd）催化剂虽活性高但选择性差，导致昂贵的乙烯被大量消耗。
刘洪阳研究员团队与北京大学马丁院士团队、重庆大学孙耿副教授团队深度合作，利用羧酸钯盐分散性的溶剂依赖效应，在富缺陷石墨烯表面精准构筑了Pd₂双原子活性位点。实验数据显示，该催化剂在100℃下即可实现乙炔的完全转化，乙烯选择性高达93.2%，并在长达100小时的稳定性测试中未见失活，展现出卓越的工业应用潜力。
研究团队结合同步辐射、同位素标记及H₂-D₂交换等实验发现，Pd₂位点通过增强的金属性以及双原子间的协同作用，实现了乙炔与氢气的高效共活化。与此同时，该结构对产物乙烯保持了较弱的物理吸附，成功规避了反应物间的竞争吸附。这一突破性成果解决了乙炔半加氢反应中活性与选择性的博弈难题，为开发低成本、高效率的亚纳米尺度原子级分散金属催化剂提供了全新的设计思路。
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