近日，華東理工大學段學志與清華大學王定勝等人合作 報道了一種單原子分散的金屬間化合物催化劑，其在乙炔半加氫方面表現出優異的性能。通過理論模擬的方法指導合成的NiGa金屬間催化劑，其中Ni原子處於完全孤立的狀態，由於其獨特的結構特點，導致反應中乙炔易通過π鍵的方式吸附，同時增強了乙烯的脫附，因此表現出較優異的選擇性及穩定性。此工作為原子活性位點調節催化劑的選擇性及穩定性提供了新的思路。相關成果以“Adsorption Site Regulation to Guide Atomic Design of Ni-Ga Catalysts for Acetylene Semi-hydrogenation”為題發表在《德國應用化學》上，論文DOI: 10.1002/anie.202004966.
圖1. 論文TOC圖
解讀：
1、乙炔半加氫的意義
乙烯是合成纖維、合成橡膠、合成塑料（聚乙烯及聚氯乙烯）等的化工原料，其主要通過石油裂解而得，通常分離出來的乙烯氣體中含有少量的乙炔，然而聚合反應中，對於乙烯的純度要求非常高，於是去除乙烯中少量的乙烯至關重要。通常採用加氫的方法去除，若催化劑選擇不當，容易導致乙烯也加氫生產乙烷，從而損失原料。
2、研究的出發點
工業中用的催化劑為Ag修飾的Pd催化劑，由於是貴金屬催化劑，所以尋找替代的催化劑很有意義。理論計算可知NiZn，NiGa等催化劑可替代Pd催化劑，但是原子活性位的調節研究較少。
3、亮點
（1）通過理論模擬的方式，設計催化劑的原子活性位點。
（2）通過簡單的共沉澱的方法即可合成具有不同原子比的金屬間化合物。
圖2. 不同金屬間化合物的結構表徵
（3）在性能測試中，NiGa催化劑能在很寬的溫度區間內保持高選擇性，約82%，且具有較好的抗積碳能力，穩定性優異。
圖3. 催化劑性能測試
4、總結
通過調節催化劑中原子的分佈，改變了反應物分子的吸附方式和能力，以及產物的脫附能力，從而實現了選擇性及穩定性的調控，為開發其它具有高選擇性的催化劑體系提供了新思路。
至於是否能工業應用，雖然催化劑製備簡單，但金屬Ga並非豐富，且從選擇性來看，仍有待提高，目前工業應用前景尚不明確。
段學志
段學志，華東理工大學教授，化學工程聯合國家重點實驗室，副主任，上海市特聘教授、國家優青。
2010年至今在AIChE J.、JACS、Angew、Nature Commun、iScience、ACS Catal.、J. Catal.等化工與化學主流期刊上發表SCI論文110餘篇，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：
面向國家重大需求和學術前沿，針對重要化學品合成（乙烯/丙烯環氧化、甲醇/乙醇高值化、高附加值聚合物單體合成、合成氣轉化等）、能源轉化與利用（氨分解制氫、分散低碳烴脫氫、油品加氫處理等），在傳統催化反應動力學研究的基礎上（主要關注宏觀變量與性質），創新發展了催化劑活性位點的動力學辨認、設計與調控方法，建立了包含催化劑微尺度結構與性質的（亞）納米動力學（Nano-/Subnano-Kinetics）模型，將動力學分析從傳統的反應器設計拓展到催化劑設計，研製成系列高比質量活性和穩定性的催化劑。部分研究成果獲評教育部“自然科學二等獎”和中國石油和化學工業聯合會“科技進步一等獎”。
王定勝
王定勝，1982年出生。2004年於中國科學技術大學化學物理系獲理學學士學位。2009年於清華大學化學系獲理學博士學位，導師李亞棟院士。2009至2012年在清華大學物理系從事博士後研究，合作導師範守善院士。2012年7月加入清華大學化學系，被聘為講師，2012年12月，晉升為副教授。2015年獲博士生導師資格。研究領域為無機納米材料化學，自2009年博士畢業以來，一直以無機納米合成化學為基礎，主要從事金屬、合金、金屬間化合物為主的無機功能納米材料的合成、結構調控與催化性能研究。旨在發展新的反應與合成方法，研究金屬、合金、金屬間化合物納米晶的合成與結構調控手段，製備同時具有高活性、高選擇性和高穩定性的新型低成本納米晶催化劑，探索金屬納米晶結構與催化性能的相關性，面向燃料電池、電解水制氫、工業加氫反應等能源相關領域的應用發展新型無機功能納米材料。共計發表學術論文47篇，被引用1700餘次，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。授權發明專利7項（包括2項美國專利）。2012年獲全國優秀博士學位論文獎。2013年獲國家優秀青年科學基金。
聲明：參考原論文，華東理工大學，清華大學等，若有不妥，請聯繫！
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