马丁课题组实现Pt基催化剂抗一氧化碳中毒催化加氢过程

tuhao

催化加氢过程是现代工业的重要过程，是清洁燃料和高阶化学品生产中的关键步骤。经估算，催化加氢在整个化学工业体系中占比超过30%。在催化加氢工业过程中，虽然使用粗氢作为氢源具有工业装置简单、更高的经济性等特点，但是粗氢中含有的少量一氧化碳(从几百到几千ppm)会造成加氢催化剂很快失活。这部分ppm量级的CO由于和贵金属催化剂具有很强的相互作用，在催化反应过程中占据催化活性位，从而使得反应物分子无法在催化剂表面吸附而导致催化剂中毒失活。因此，现代催化加氢过程一般使用更为昂贵而且工业装置更为复杂的高纯氢系统作为氢源。发展新型高效贵金属催化剂，提高贵金属催化剂对CO耐受度，甚至直接利用粗氢进行低温催化加氢反应，从而降低加氢成本和工业催化装置的复杂性是该研究领域的重大挑战。

北京大学化学与分子工程学院/工程科学与新兴技术高精尖创新中心马丁教授课题组与中国科学院大学周武研究员课题组、山西煤化所/中科合成油温晓东研究员课题组合作，通过对Pt/α-MoC催化剂电子性质的精确调控，即通过定向控制碳化钼基底和负载于其上的原子级分散的Pt物种间的电子转移，实现对CO与Pt前线轨道相互作用的调变，成功弱化了CO在贵金属Pt上的吸附。他们将该催化剂应用于以含有100-1000 ppmCO的氢气为氢源的硝基苯催化加氢反应中，实现了Pt基催化剂抗CO中毒催化加氢性能，而这是传统Pt基催化剂所不具备的特性。在更具挑战的硝基苯衍生物选择性加氢反应中，该催化剂表现出高效的选择性加氢性能，特别是对硝基苯乙烯和硝基苯乙炔的加氢选择性均高达>99.9%，使得反应产物无需再经分离提纯，可减少高阶化学品生产的工序并降低成本。更值得一提的是，该催化剂在水为溶剂的催化加氢过程中实现了全浓度抗CO中毒的加氢性能，并且维持了较高催化活性（~3400 h-1）和优异的循环稳定性。这项研究开辟了利用粗氢、重整气乃至CO+H2O等多种氢源直接用于高效选择性加氢反应的新途径。该研究成果以“A highly CO-tolerant atomically dispersed Pt catalyst for chemoselective hydrogenation”为题于2019年2月25日发表于Nature Nanotechnology。

抗CO中毒催化加氢示意图

这项研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、中国科学院等资助；研究过程中还得到上海光源姜政的大力帮助及中科合成油技术有限公司的资助。马丁和周武、温晓东为该文章的共同通讯作者，第一作者为北京大学博士后林丽利、已毕业博士姚思宇和内蒙古大学高瑞教授。

天际天

马丁课题组实现Pt基催化剂抗一氧化碳中毒催化加氢过程