近日，大連化物所催化與新材料研究室王愛琴研究員和張濤院士團(tuán)隊(duì)受邀撰寫了題為“Selective Hydrogenation over Supported Metal Catalysts: From Nanoparticles to Single Atoms”的綜述文章。
選擇性加氫是指當(dāng)反應(yīng)物中含有兩種可還原官能團(tuán)時(shí)，其中靶向官能團(tuán)被加氫而另一種不受影響的過程，在石油化工（如烯烴中微量炔烴/二烯烴的去除）及精細(xì)化工等行業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。由于傳統(tǒng)納米催化劑上常發(fā)生過度加氫現(xiàn)象，所以高選擇性地獲得目標(biāo)產(chǎn)物仍存在巨大挑戰(zhàn)。
研究表明，在選擇性加氫反應(yīng)中，通過調(diào)變催化活性中心的幾何結(jié)構(gòu)來減弱非靶向官能團(tuán)的吸附強(qiáng)度是改善選擇性的有效手段。研究者由此提出了“active site isolation”策略。本文綜述了在炔烴、 , -不飽和醛/酮和硝基苯乙烯選擇性加氫反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)“active site isolation”策略的方法，包括對傳統(tǒng)納米催化劑進(jìn)行修飾（如吸附含N/S/P原子的有機(jī)物，以金屬氧化物或炭材料對納米顆粒進(jìn)行部分包埋，以孔道規(guī)整、孔徑可調(diào)的多孔材料對納米顆粒進(jìn)行封裝等）以及構(gòu)筑單原子催化劑（包括負(fù)載型單原子，單原子合金/金屬間化合物）。文章評述了各種方法的優(yōu)劣，并對該領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行了展望。
王愛琴和張濤團(tuán)隊(duì)一直致力于高分散催化劑在選擇性加氫反應(yīng)中的研究，并陸續(xù)研制出Pt1/FeOx（Nat. Commun. 2014, ；Green Chem.2016, ；Chem. Sci. 2017, ；Nat. Commun. 2019, ），Pd-Au(Ag, Cu)/SiO2（ACS Catal. 2015, ；ACS Catal. 2017, ），Pd/ZnO（ACS Catal. 2016, ）和Co-N-C（Chem. Sci.2016, ）等多種單原子催化劑，以及Au/ZnAl-HT（Angew. Chem. Int. Ed.2017, ；J. Catal.2018, ），Ni/AC（Chem. Commun.2017, ）等納米催化劑。以上催化劑在乙炔、3-硝基苯乙烯等選擇性加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)良的催化性能，其中，單原子催化劑Pt1/FeOx 和Pd/ZnO分別在3-硝基苯乙烯和乙炔選擇性加氫反應(yīng)中是迄今為止文獻(xiàn)報(bào)道的活性和選擇性最優(yōu)的催化劑。
該綜述文章發(fā)表在Chemical Reviews上。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B）“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。同時(shí)，這也是獻(xiàn)禮我所七十周年所慶文章之一。
（文/圖 張磊磊）
