新型高密度抗积碳加氢催化剂问世

　　中国科学技术大学路军岭教授与李微雪教授、韦世强教授等课题组密切合作，协同利用金属-载体相互作用和原子限域，首次设计出一种高密度、抗积碳的镍铜“动态三原子”(Ni1Cu2)新型非贵金属催化剂，并在富烯烃气氛中乙炔和1.3丁二烯选择性加氢等应用方面取得突破性进展。相关成果于7月26日在线发表于《自然·纳米技术》。

　　低碳烯烃是石油化工中的核心平台小分子。石脑油裂解制备的低碳烯烃，通常含有微量乙炔和1.3丁二烯分子，严重影响其下游应用。选择性加氢是去除烯烃中微量乙炔(或1.3丁二烯)的一项关键纯化技术，其工业催化剂通常是钯基贵金属催化剂。开发出高效非贵金属催化剂，同时避免催化剂烧结和积碳，是一项重要科学难题。

　　路军岭教授团队通过协同金属-载体相互作用和原子限域，在石墨型氮化碳载体上，制备出一种高密度镍铜三原子催化剂。在富乙烯氛围的乙炔(或1.3丁二烯)选择性加氢反应中，该催化剂在活性、选择性、稳定性方面表现出优异的催化性能，远远优于镍单原子催化剂。测试表明，该催化剂在反应过程中基本没有积碳的生成。

　　计算表明，活性金属镍原子通过羟基被限域在两个铜原子位点中间，形成一种线式结构，镍原子位点在加氢反应中可以发生动态结构变化。这种动态结构变化，不仅可以改进催化剂对反应分子的吸附从而提高催化活性，而且可以维持高稳定性，而单镍位点则使得该催化剂表现出高选择性和高抗积碳性能。

　　路军岭表示，这一策略为未来设计高效、稳定且低成本的工业加氢催化剂提供新思路。

镍铜三原子催化剂在乙炔选择性加氢中动态结构变化的模型示意图。这里金色、蓝色、红色、白色、黑色小球分别代表铜、镍、氧、碳和氢原子。

镍铜动态三原子、铜单原子、镍单原子催化剂在乙炔选择性加氢反应中加氢性能对比。

镍铜三原子催化剂的稳定性、抗积碳性和乙炔加氢机理的理论机制。