近日，我校化工学院催化反应工程团队段学志教授、曹约强特聘研究员和化学与分子工程学院戴升教授等在炔烃加氢反应路径调控方面取得新进展，相关成果以“Pd Ensemble Sites Tuned Local Environment of Cu Catalysts for Matching Propyne Semi-Hydrogenation”为题，发表在《德国应用化学》期刊上。
多相催化加氢技术广泛应用于大宗化学品和精细化学品的生产。然而，由于反应物/中间体不利的构型往往导致反应路径调控困难，制约了高效加氢催化剂的设计。近年来，随着先进表征技术与理论模拟方法的协同发展，研究者逐渐认识到通过原子级精准调控活性位点的配位微环境，可实现对反应物吸附构型及加氢路径的定向调控，这为突破传统催化剂的性能瓶颈提供了新思路。丙炔加氢是制备聚合级丙烯过程的关键，其复杂的串并联反应网络涉及目标产物丙烯的生成、过度加氢副产物丙烷的形成以及偶联反应生成绿油前驱体等多个竞争路径。Cu催化剂虽可避免过度加氢，但因氢气活化能力弱，易引发偶联副反应；而Pd基催化剂虽活性高，却因丙烯吸附过强导致选择性不足。如何通过调控催化剂活性位点结构，平衡氢气活化与丙烯脱附，是提升催化性能的核心难题。
为此，研究团队通过精确调控Pd/Cu比例，成功构筑了Pd单原子修饰的Cu表面、Pd团簇位点修饰的Cu表面以及PdCu合金等不同局域环境的活性位点。催化性能测试、动力学分析和程序升温实验表明：Pd团簇位点的存在可直接催化原本发生在Cu位点上的丙炔加氢反应，同时促进氢气解离活化和目标产物丙烯脱附，催化剂在丙炔完全转化时丙烯的选择性高达95.3%。相比之下，经Pd单原子位点调变的Cu表面（与原始Cu催化剂的本征Cu位点相似）更易发生偶联副反应，而PdCu合金催化剂上由于丙烯的强吸附而易发生过度加氢反应。这些结果表明，本文构建的双金属协同催化体系，通过利用Pd和Cu位点各自优势，在提升加氢活性的同时可有效抑制深度加氢与偶联副反应的发生。论文研究工作为通过催化剂活性位点局域环境精准调控关键物种吸附构型和炔烃加氢反应路径提供新的思路，也为多相加氢催化剂理性设计提供借鉴。
化工学院博士研究生颜克琳为该论文第一作者，化工学院段学志教授、曹约强特聘研究员和化学与分子工程学院戴升教授为通讯作者。论文研究工作得到了袁渭康院士、陈德院士和周兴贵教授的悉心指导，并得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和上海市教委/科委等项目的支持。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202503263
