Angew. Chem. ：原位熵变策略实现催化微区高效热管理

在多相催化中，许多重要的化学化工过程均为强吸热/放热反应。反应过程中显著的热效应对催化剂的长周期使用性造成了巨大的挑战。尽管放热反应所需的外部补偿温度不高，但在反应过程中会释放大量热量，如撤热不及时，也会造成催化剂在长周期服役过程中因活性位团聚、烧结所导致的失活。值得注意的是，反应物是在微观尺度的催化活性位点上发生反应同时释放或者吸收热量的，因此实现微区尺度反应热与传热过程的协同控制，是保证动态反应过程高效稳定的第一重屏障。

北京化工大学段雪院士团队冯俊婷教授课题组针对非贵金属Cu基催化剂Tammann温度低、受热极易发生烧结失活的问题，通过创制原位熵变策略，开发了一种具备“动中有静”特点的CuZn-Co/HEOs催化剂，实现了催化微区层面的高效热管理，显著提升了催化剂在放热反应中的稳定性。在典型的强放热反应乙炔选择性加氢中，CuZn-Co/HEOs催化剂可在乙炔完全转化情况下保持95%以上的乙烯选择性，并稳定运行超530 h。

具体而言，CuZn-Co/HEOs催化剂是以由高熵LDHs衍生的CuCoZnMgGaAl-高熵氧化物（HEOs）为前驱体制备得到的。在制备过程中，HEOs在高温还原气氛下经历了一次熵减过程，形成了Co纳米岛修饰CuZn合金的异质结构；在随后的催化反应过程中，Co纳米金属岛对近邻CuZn合金位上产生的反应热进行原位捕获与利用，发生了显著的再分散熵增过程，这种原位熵增行为有效避免了CuZn合金结构遭受反应热的破坏，保证了催化活性位的结构稳定，这是催化剂表现出优异稳定性的本质原因；此外，为了培育具有超长使用能力的工业催化剂，作者还提出了简单易行的再生策略，即当热耗散作用减弱时，仅需再通过一次高温还原的熵减过程，将Co物种恢复为纳米岛结构，即可确保再次发挥反应热的原位捕获与利用作用。

简而言之，本工作的研究亮点可归结为以下三点：（1）开发了一种通过将放热催化反应与催化材料的吸热演变过程相结合的耦合过程，极大地提升了催化剂的长周期稳定性；（2）提出了一种新颖的熵变介导耦合机制，为其他耦合过程提供了参考；（3）拓宽了高熵材料的应用领域，为基础研究与工业应用之间架起了桥梁。

论文信息

Thermal Effect Management via Entropy Variation Strategy to Improve the Catalyst Stability in Acetylene Hydrogenation

Fengyu Zhang, Yijun Zhang, Jiayi Wang, Qian Wang, Haoxiang Xu, Dianqing Li, Junting Feng, Xue Duan

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202412637