纳米金刚石/石墨烯负载原子级分散Pd催化剂用于乙炔选择性加氢

Atomically Dispersed Pd on Nanodiamond/Graphene Hybrid for Selective Hydrogenation of Acetylene

乙烯是生产高分子聚合物产品的重要单体。乙炔选择性氢化是石油工业生产乙烯原料气净化提纯的重要方式之一。如何选择性将乙炔加氢到乙烯，避免乙烯进一步氢化到乙烷，是这一反应需要解决的主要问题。对于乙炔选择性氢化理论研究表明，从反应动力学而言，贵金属（特别是Pd金属）在反应过程中产生次表面氢物种会导致烯烃过度加氢；从基元反应热力学而言，反应物及中间产物在活性位点的竞争吸脱附，决定了加氢产物的选择性。基于对乙炔加氢反应本质的理解，我们构想，通过消除次表面氢并优化反应物和中间产物的吸附类型，将有望实现Pd催化剂的乙烯高选择性。我们研究组长期致力于纳米碳材料负载金属催化剂的研究。经过前期的学术积累，利用纳米金刚石/石墨烯复合核壳材料(ND@G)为载体，制备出一种碳负载的原子级分散高选择性乙炔加氢Pd基催化剂。通过细致的结构表征对催化剂的活性位点结构进行了解析，并基于此通过理论计算说明了原子级分散Pd催化剂在乙炔加氢反应中表现出优异选择性的原因。本研究表明，单原子Pd活性位点的催化剂，在乙炔氢化反应中，更有利于反应产物乙烯的脱附，进而抑制乙烯进一步加氢反应的进行。该项研究为开发新型高效选择性加氢催化剂提供了新思路。

This is a highly original paper by a top team of researchers demonstrating the benefits of single atom heterogeneous catalysis for the semi-hydrogenation of acetylene in the presence of excess ethylene. To this end, they synthesized Pd1 and Pdn catalysts with the aim of proving the influence of the metal nuclearity on the activity and selectivity patterns. It is very nice to see that the single atom preserves an outstanding selectivity to ethylene over a wide range of conditions, which has been rationalized with the aid of molecular simulations.