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27日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校路軍嶺教授與李微雪教授、韋世強教授等研究組密切合作，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。
相關(guān)成果于7月26日在線發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）上。
低碳烯烴是石化行業(yè)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的乙炔和1,3丁二烯分子，嚴重影響了其下游應(yīng)用。選擇性加氫是去除烯烴中微量乙炔（或1,3丁二烯）的關(guān)鍵純化技術(shù)，其工業(yè)催化劑通常為鈀基貴金屬催化劑。開發(fā)高效的非貴金屬催化劑，同時避免催化劑燒結(jié)和積碳，是一個重要的科學(xué)問題。
路軍嶺教授團隊通過金屬-載體協(xié)同作用和原子限域，在石墨型氮化碳載體上制備了高密度鎳銅三原子催化劑。在富乙烯氛圍下乙炔（或1,3-丁二烯）的選擇性加氫反應(yīng)中，該催化劑在活性、選擇性和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，遠優(yōu)于鎳單原子催化劑。試驗表明，該催化劑在反應(yīng)過程中基本不產(chǎn)生積碳。
李微雪教授團隊的各種表征和理論計算表明，活性金屬鎳原子羥基被限域在兩個銅原子位點之間，形成線式結(jié)構(gòu)，鎳原子位點在加氫反應(yīng)過程中可以發(fā)生動態(tài)結(jié)構(gòu)變化。這種動態(tài)的結(jié)構(gòu)變化不僅可以提高催化劑對反應(yīng)分子的吸附能力，提高催化活性，還可以保持較高的穩(wěn)定性。單鎳位點使催化劑表現(xiàn)出高選擇性和高抗積碳能力。
路軍嶺教授表示，這一策略為未來高效、穩(wěn)定、低成本的工業(yè)加氫催化劑的設(shè)計提供了新思路。
