近日，华东理工大学段学志与清华大学王定胜等人合作 报道了一种单原子分散的金属间化合物催化剂，其在乙炔半加氢方面表现出优异的性能。通过理论模拟的方法指导合成的NiGa金属间催化剂，其中Ni原子处于完全孤立的状态，由于其独特的结构特点，导致反应中乙炔易通过π键的方式吸附，同时增强了乙烯的脱附，因此表现出较优异的选择性及稳定性。此工作为原子活性位点调节催化剂的选择性及稳定性提供了新的思路。相关成果以“Adsorption Site Regulation to Guide Atomic Design of Ni-Ga Catalysts for Acetylene Semi-hydrogenation”为题发表在《德国应用化学》上，论文DOI: 10.1002/anie.202004966.
图1. 论文TOC图
解读：
1、乙炔半加氢的意义
乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）等的化工原料，其主要通过石油裂解而得，通常分离出来的乙烯气体中含有少量的乙炔，然而聚合反应中，对于乙烯的纯度要求非常高，于是去除乙烯中少量的乙烯至关重要。通常采用加氢的方法去除，若催化剂选择不当，容易导致乙烯也加氢生产乙烷，从而损失原料。
2、研究的出发点
工业中用的催化剂为Ag修饰的Pd催化剂，由于是贵金属催化剂，所以寻找替代的催化剂很有意义。理论计算可知NiZn，NiGa等催化剂可替代Pd催化剂，但是原子活性位的调节研究较少。
3、亮点
（1）通过理论模拟的方式，设计催化剂的原子活性位点。
（2）通过简单的共沉淀的方法即可合成具有不同原子比的金属间化合物。
图2. 不同金属间化合物的结构表征
（3）在性能测试中，NiGa催化剂能在很宽的温度区间内保持高选择性，约82%，且具有较好的抗积碳能力，稳定性优异。
图3. 催化剂性能测试
4、总结
通过调节催化剂中原子的分布，改变了反应物分子的吸附方式和能力，以及产物的脱附能力，从而实现了选择性及稳定性的调控，为开发其它具有高选择性的催化剂体系提供了新思路。
至于是否能工业应用，虽然催化剂制备简单，但金属Ga并非丰富，且从选择性来看，仍有待提高，目前工业应用前景尚不明确。
段学志
段学志，华东理工大学教授，化学工程联合国家重点实验室，副主任，上海市特聘教授、国家优青。
2010年至今在AIChE J.、JACS、Angew、Nature Commun、iScience、ACS Catal.、J. Catal.等化工与化学主流期刊上发表SCI论文110余篇，其中化工三大期刊（AIChE J、Chem Eng Sci和Ind Eng Chem Res）近30篇。
主要成果：
面向国家重大需求和学术前沿，针对重要化学品合成（乙烯/丙烯环氧化、甲醇/乙醇高值化、高附加值聚合物单体合成、合成气转化等）、能源转化与利用（氨分解制氢、分散低碳烃脱氢、油品加氢处理等），在传统催化反应动力学研究的基础上（主要关注宏观变量与性质），创新发展了催化剂活性位点的动力学辨认、设计与调控方法，建立了包含催化剂微尺度结构与性质的（亚）纳米动力学（Nano-/Subnano-Kinetics）模型，将动力学分析从传统的反应器设计拓展到催化剂设计，研制成系列高比质量活性和稳定性的催化剂。部分研究成果获评教育部“自然科学二等奖”和中国石油和化学工业联合会“科技进步一等奖”。
王定胜
王定胜，1982年出生。2004年于中国科学技术大学化学物理系获理学学士学位。2009年于清华大学化学系获理学博士学位，导师李亚栋院士。2009至2012年在清华大学物理系从事博士后研究，合作导师范守善院士。2012年7月加入清华大学化学系，被聘为讲师，2012年12月，晋升为副教授。2015年获博士生导师资格。研究领域为无机纳米材料化学，自2009年博士毕业以来，一直以无机纳米合成化学为基础，主要从事金属、合金、金属间化合物为主的无机功能纳米材料的合成、结构调控与催化性能研究。旨在发展新的反应与合成方法，研究金属、合金、金属间化合物纳米晶的合成与结构调控手段，制备同时具有高活性、高选择性和高稳定性的新型低成本纳米晶催化剂，探索金属纳米晶结构与催化性能的相关性，面向燃料电池、电解水制氢、工业加氢反应等能源相关领域的应用发展新型无机功能纳米材料。共计发表学术论文47篇，被引用1700余次，其中，Chem. Soc. Rev.（2篇）、J. Am. Chem. Soc.（2篇）、Adv. Mater.（4篇）、Chem. Commun.（9篇）、Chem. Eur. J.（4篇）、Inorg. Chem.（1篇）等。授权发明专利7项（包括2项美国专利）。2012年获全国优秀博士学位论文奖。2013年获国家优秀青年科学基金。
声明：参考原论文，华东理工大学，清华大学等，若有不妥，请联系！
閱讀更多 讀懂科學 的文章
