近日，我所催化与新材料研究中心（1500组群）张涛院士、王爱琴研究员、康磊磊副研究员等与西安交通大学杨涛研究员团队合作，开发了一种具有孤立Pd3位点的催化剂，为富乙烯条件下乙炔选择加氢反应提供了新策略。
乙炔选择加氢反应广泛用于脱除富乙烯气中的微量乙炔杂质（0.5至2.0 vol.%），以满足下游乙烯聚合的要求。目前，工业上主要采用负载型钯—银（Pd-Ag）合金纳米催化剂，但在乙炔接近完全转化时，其选择性仍相对较低。自张涛团队提出单原子催化概念以来（Nat. Chem.，2011），单原子Pd基催化剂被广泛用于乙炔选择加氢反应，在提高选择性方面优于纳米催化剂，但同时也减弱了对氢气（H2）和乙炔的吸附，影响了部分活性。因此，获得兼具高活性和高选择性的乙炔选择加氢催化剂仍面临挑战。
本工作通过在钯/氧化铝（Pd/Al2O3）的Pd纳米颗粒上修饰部分还原的氧化镓（GaOx），并在反应气中原位渗碳处理，构建了具有孤立Pd3位点的催化剂。该催化剂在温和反应条件（50 °C，1 atm）下，乙炔转化率可达95%，乙烯选择性为99%。实验与理论计算结果表明，Pd表面部分还原的GaOx不仅起到了隔离和稳定Pd3几何结构的作用，还可以通过Ga向Pd转移电子，改变Pd的电子性质，从而增强乙炔吸附并削弱乙烯吸附，同时提高了活性和选择性。该工作打破了Pd3位点仅具有高活性、低选择性的传统认知，证明了孤立Pd3位点在乙炔选择加氢中可以兼具高活性和高选择性，拓展了单原子催化的概念，也为工业催化剂的设计提供了新思路。
相关研究成果以“Construction of Isolated Pd3 Geometry on GaOx-Modified Pd/Al2O3 as a Highly Active and Selective Catalyst for Semihydrogenation of Acetylene”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作的共同第一作者为我所1502组博士研究生井日峥和西安交通大学博士研究生梁晨。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委“单原子催化”基础科学中心项目、国家自然科学基金等项目的资助。（文/图 井日峥、康磊磊）
