近日，我校化工学院催化反应工程团队在机理驱动的炔烃选择性加氢催化剂活性位点设计领域取得新进展，在原子尺度精准调控了相邻Pd位点间距离以匹配关键物种的吸附构型，实现了目标反应路径的定向调控。相关成果以“Increasing the Distance of Adjacent Palladium Atoms for Configuration Matching in Selective Hydrogenation”为题发表在《德国应用化学》上(Hot Paper)。
设计活性位点分布均匀、距离精确可控的催化剂，以匹配目标反应路径中关键物种的构型，在原子尺度上实现对复杂反应路径的定向调控，是多相催化领域长期以来追求的目标。以乙炔选择性加氢为例，研究团队基于前期研究基础 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 11647; Nat. Commun. 2022, 13, 5534)，以具有不同相邻Pd位点间距离(dPd-a-Pd)特征的Pd-In金属间化合物作为模型，通过理论计算揭示了相邻Pd位点间距离可以很好地描述目标产物乙烯与副产物C4生成两种竞争反应。延长相邻Pd位点间距离有利于促进乙烯脱附并导致C2H3*偶联的过渡态失稳，从而促进乙烯生成并抑制C4生成。
研究团队进一步通过实验合成以上Pd-In金属间化合物催化剂，并借助球差电镜和X射线吸收光谱等表征技术解析了催化剂的原子结构和局域环境，证明了系列具有不同相邻Pd位点间距离的Pd-In金属间化合物的成功制备。催化反应性能评价表明：具有最长相邻Pd位点间距离的PdIn催化剂在乙炔转化率为100%时，乙烯选择性高达90.9%，明显高于对比催化剂，证实了理论计算的预测结果。通过构型分析、反应动力学以及电子结构研究，发现PdIn催化剂优异性能主要归因于Pd 4d与In 2s-p轨道的能量匹配和适宜的杂化，尤其是Pd 4d与In 2p轨道的杂化。此外，具有最长相邻Pd位点间距离的PdIn催化剂也成功应用于丙炔选择性加氢中，在丙炔转化率为100%时，丙烯选择性可达92%。
该论文第一作者为博士研究生葛小虎，通讯作者为我校化工学院催化反应工程团队段学志教授和曹约强特聘研究员。论文研究工作得到了袁渭康院士和周兴贵教授等的悉心指导，并得到我校费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心戴升教授在电镜表征中的大力支持。此外，该研究工作得到了国家自然科学基金项目、上海市教委科研创新计划自然科学重大项目、上海市科委科技创新行动计划等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1002/ange.202215225