针对上述问题,中国科学院大连化学物理研究所张涛院士课题组设计了CeO2改性的Pd-Zn-Al催化剂,采用一系列原位光谱表征系统研究了CeO2助剂在钯锌催化乙炔加氢反应中的电子效应和几何效应,及其对反应性能的共同调制作用。反应测试表明,低铈助剂(0.1 wt%)改性的Pd-Zn-Al催化剂表现出最优的乙炔加氢性能,在130小时稳定性评价中高乙炔转化率(~90 %)时始终保持高的乙烯选择性(>95 %),在活性、选择性、稳定性等方面显著优于已报到的PdZn合金及其他Pd基催化剂。低含量铈助剂中高分散CeOx物种在PdZn合金近邻位的富集,通过金属-氧化物电子相互作用向钯锌合金转移电子,促进氢气解离与产物乙烯脱附,从而在保持高选择性的同时进一步提升反应活性。而在高铈助剂含量情况下,高结晶性体相CeO2的形成显著抑制了钯氢物种的形成及合金化,导致了钯锌合金的相分离,形成高分散的钯团簇。钯团簇上Pd-Pd位点的富集导致高铈含量助剂催化剂选择性和稳定性的降低。本研究工作为稀土助剂在选择加氢反应中的工业应用提供了明确的科学指导。
Dr. Huan Chen, Prof. Bing Yang, Dr. Yafeng Zhang, Dr. Chunxia Che, Dr. Feng Zhang, Dr. Wei Han, Dr. He Wen, Prof. Aiqin Wang, Prof. Tao Zhang
本文第一作者是大连理工大学-中国科学院大连化学物理研究所联合培养博士研究生陈欢,通讯作者为中国科学院大连化学物理研究所张涛院士、王爱琴研究员和杨冰副研究员。
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DOI: 10.1002/cctc.202400566