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在原子水平對非均相催化劑三維結構的理解對于化學設計和性能提高，以及對多相催化反應(如乙炔的半加氫反應)的認識有重要影響。乙炔半加氫是防止痕量乙炔對高質量聚乙烯生產造成毒性影響的關鍵凈化工藝。負載型Pd基催化劑由于其對乙炔和氫活化能力的優(yōu)越親和力而被廣泛應用。然而，表面上連續(xù)的Pd組合增加了乙炔過度氫化的可能性，導致乙烯選擇性差。提高選擇性的一個常見的化學策略是分離表面活性的Pd位點，使用與異質元素合金化、化學有序和單原子錨定等技術來增加分散性。

事實上，分散的Pd中心由于減弱吸附反應物和中間體，可以實現(xiàn)高乙烯選擇性，但這往往伴隨著反應溫度的上升。目前的關鍵在于，為了實現(xiàn)高效的乙炔半加氫，表面Pd活性中心需要在多大程度上進行分散。因此，這迫切要求準確地揭示表面活性位點的三維原子結構。

近日，北京科技大學邢獻然和李強等通過一鍋法制備了具有高度分散活性中心的PdCu合金納米催化劑(Pd_xCu_100-x)，并利用原子對分布函數(shù)(PDF)和逆向蒙特卡羅方法(RMC)模擬揭示PdCu納米粒子的局部結構和相關的三維分布。

結果表明，與Pd₃₈Cu₆₂相比，Pd₃₄Cu₆₆納米催化劑的原子分散的Pd產生具有較低配位數(shù)和增加的Pd-Pd距離的表面離散Pd-Pd對。由于表面分離Pd位點附近d帶的收斂效應以及表面分布大量配位數(shù)為3的Pd-Pd活性位點，優(yōu)化了反應中間體的吸附和解析，因此Pd₃₄Cu₆₆催化劑能夠在相對較低的溫度下完成乙炔轉化，并且顯示出異常高的乙烯選擇性。

此外，研究人員在固定床反應器中對不同組成的PdCu納米催化劑進行乙炔選擇性加氫，研究催化劑表面局部結構與催化性能的關系。與Pd₄₉Cu₅₁和Pd₃₈Cu₆₂相比，Pd₃₄Cu₆₆具有更高的轉化溫度，并且在100%轉化率下顯示出更高的選擇性，甚至優(yōu)于大多數(shù)先前報道的相關催化劑。

此外，Pd₃₄Cu₆₆/C具有良好的穩(wěn)定性，30小時的催化評價試驗表明，乙炔轉化率和乙烯選擇性幾乎沒有變化，且穩(wěn)定性測試前后催化劑的形貌和結構沒有表現(xiàn)出顯著差異。總的來說，該項工作通過精確揭示活性中心的空間分布和微調活性中心原子結構顯著提高了催化性能，為在原子水平上設計和開發(fā)高效的催化劑提供了范例。

Decoding active sites for highly efficient semihydrogenation of acetylene in palladium–copper nanoalloys. Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00941

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?北科Nano Lett.: 揭示PdCu合金中乙炔半加氫活性位點結構和分布

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