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Nature Catalysis: 乙炔高效半加氫

作者信息

第一作者：Jordi Ballesteros-Soberanas

通訊作者：Donatella Armentano, Emilio Pardo, Antonio Leyva-Pérez

通訊單位：瓦倫西亞大學(xué)、加的斯大學(xué)等

成果速覽

本研究展示了一種定義明確的Pd1-Au1二聚體，錨定在金屬-有機(jī)框架（MOF）的壁上，能夠在模擬工業(yè)前端反應(yīng)條件下，選擇性地將乙炔半加氫為乙烯，轉(zhuǎn)化率≥99.99%（乙炔≤1 ppm）且選擇性>90%。

反應(yīng)在35°C甚至更低的溫度下進(jìn)行，操作窗口>100°C，重量小時(shí)空間速度（WHSV）為66,000 ml g^-1 cat h^-1，符合工業(yè)規(guī)格。

實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)制研究顯示，兩個(gè)原子之間的協(xié)同作用以及與支撐材料的相互作用，實(shí)現(xiàn)了乙炔的無(wú)障礙半加氫。

圖文導(dǎo)讀

圖1：展示了Pd1-Au1二聚體在MOF中形成的過(guò)程，以及通過(guò)X射線晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定得到的Pd1Au1@1的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

圖2：展示了使用Pd1Au1@1作為催化劑進(jìn)行乙炔半加氫反應(yīng)的催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖3：提供了Pd1Au1@1和Pd1@1的實(shí)驗(yàn)機(jī)理證據(jù)。

圖4：理論計(jì)算提供了乙炔加氫反應(yīng)的最可能的中間體和提出的機(jī)制。

亮點(diǎn)介紹

1. Pd1-Au1二聚體催化劑在極低的活化能（約1 kcal/mol）下實(shí)現(xiàn)了乙炔的高效半加氫，轉(zhuǎn)化率超過(guò)99.99%，且乙烯選擇性高于90%。

2. 催化劑在35°C至150°C的溫度范圍內(nèi)均表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，且在工業(yè)相關(guān)操作條件下具有較長(zhǎng)的穩(wěn)定性。

3. 通過(guò)結(jié)合實(shí)驗(yàn)和計(jì)算研究，揭示了Pd1-Au1二聚體與MOF之間協(xié)同作用的機(jī)制，為工業(yè)反應(yīng)提供了新的催化策略。

4. 該研究提供了一種新型的高分散、高金屬負(fù)載的催化劑設(shè)計(jì)方法，有助于推動(dòng)石化工業(yè)中關(guān)鍵反應(yīng)的能效提升。

計(jì)算模擬

在本論文中，作者進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算化學(xué)研究，以支持和解釋實(shí)驗(yàn)觀察到的催化行為。

通過(guò)使用密度泛函理論（DFT）計(jì)算，研究人員對(duì)Pd1-Au1二聚體在MOF中的催化活性位點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化，并探究了其電子結(jié)構(gòu)。這些計(jì)算幫助確定了最穩(wěn)定的Pd1-Au1二聚體結(jié)構(gòu)，并預(yù)測(cè)了其與MOF中硫醚基團(tuán)的相互作用。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：A MOF-supported Pd1–Au1 dimer catalyses the semihydrogenation reaction of acetylene in ethylene with a nearly barrierless activation energy

期刊：Nature Catalysis

DOI：10.1038/s41929-024-01130-7

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/04/07/b2c635bff7/

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