清華新聞網(wǎng)7月17日電 近期，清華大學(xué)化工系王鐵峰和藍(lán)曉程團(tuán)隊(duì)在炔烴選擇性加氫研究方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)提出了高純相金屬間化合物催化劑的合成策略，針對(duì)濃乙炔加氫制乙烯開(kāi)發(fā)了高性能金屬間化合物催化劑和液相加氫新工藝，進(jìn)一步整合高濃度乙炔加氫技術(shù)和天然氣部分氧化制乙炔、氫甲酰化等技術(shù)，開(kāi)發(fā)了以天然氣為原料制高附加值聚合單體產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)。
乙炔的選擇性加氫是石油化工中乙烯純化的關(guān)鍵反應(yīng)，同時(shí)也是整合生物質(zhì)、煤或天然氣制乙炔工藝，實(shí)現(xiàn)非石油路線(xiàn)制乙烯的潛在方法。王鐵峰和藍(lán)曉程團(tuán)隊(duì)聯(lián)合哥倫比亞大學(xué)教授陳經(jīng)廣在《化學(xué)會(huì)評(píng)論》（Chemical Society Reviews）上發(fā)表長(zhǎng)篇綜述論文“乙炔選擇性加氫熱催化反應(yīng)最新研究進(jìn)展”（Recent Advances in Thermocatalytic Acetylene Selective Hydrogenation），總結(jié)了近年來(lái)在乙炔選擇性加氫方面的催化劑開(kāi)發(fā)和反應(yīng)機(jī)理研究的進(jìn)展。研究系統(tǒng)梳理了該反應(yīng)體系對(duì)轉(zhuǎn)化率和選擇性的計(jì)算基準(zhǔn)，重點(diǎn)以催化劑活性位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形態(tài)為切入點(diǎn)，將活性位點(diǎn)的研究分為四類(lèi)：?jiǎn)谓饘傥稽c(diǎn)、無(wú)序合金位點(diǎn)、有序金屬間化合物（IMC）位點(diǎn)和單原子（SA）位點(diǎn)；強(qiáng)調(diào)了催化劑結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，以及不同活性金屬在提升乙烯選擇性和催化活性中所起的作用。此外，論文總結(jié)了催化劑載體和添加劑的影響機(jī)制，并對(duì)當(dāng)前在機(jī)理理解和催化劑設(shè)計(jì)方面所面臨的挑戰(zhàn)及未來(lái)研究方向進(jìn)行了深入討論，旨在為該領(lǐng)域的進(jìn)一步創(chuàng)新提供指導(dǎo)。
乙炔選擇性加氫催化劑設(shè)計(jì)策略
近年來(lái)，該團(tuán)隊(duì)針對(duì)炔烴加氫體系開(kāi)展了深入研究，取得了系列重要進(jìn)展。為了抑制C-C偶聯(lián)副反應(yīng)，提高乙烯選擇性和催化劑穩(wěn)定，團(tuán)隊(duì)提出了高純相金屬間化合物催化劑的合成策略，利用金屬間化合物原子有序排布的特點(diǎn)，調(diào)控活性金屬的電子性質(zhì)和幾何結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高純相金屬間化合物的可控制備并顯著提升催化劑反應(yīng)性能，相關(guān)成果相繼發(fā)表在《化學(xué)科學(xué)》（Chemical Science）和《ACS催化》（ACS Catalysis）等雜志上。針對(duì)以生物質(zhì)、煤或天然氣為原料經(jīng)乙炔制備乙烯的非石油路線(xiàn)，團(tuán)隊(duì)攻克了原料氣中乙炔/一氧化碳濃度高等苛刻條件帶來(lái)的挑戰(zhàn)，結(jié)合團(tuán)隊(duì)在漿態(tài)床反應(yīng)器理論研究和工程放大方面的基礎(chǔ)，提出了乙炔制乙烯液相加氫新技術(shù)，相關(guān)成果相繼發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》（Chemical Engineering Journal）、《工業(yè)與工程化學(xué)研究》（IECR）和《碳未來(lái)》（Carbon Future）等雜志上。
高純相金屬間化合物合成策略（左）和金屬間化合物電子結(jié)構(gòu)（右）
團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步整合高濃度乙炔加氫技術(shù)和天然氣部分氧化制乙炔、氫甲?；燃夹g(shù)，開(kāi)發(fā)了以天然氣為原料制高附加值聚合單體產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)。該產(chǎn)業(yè)鏈以天然氣為源頭，重點(diǎn)攻關(guān)以下關(guān)鍵技術(shù)：天然氣部分氧化制乙炔；高濃度乙炔選擇性加氫制乙烯；非均相烯烴氫甲?；磻?yīng)技術(shù)；氧化酯化連續(xù)化反應(yīng)器技術(shù)。其中，天然氣部分氧化反應(yīng)器和氧化酯化連續(xù)化反應(yīng)器已實(shí)現(xiàn)萬(wàn)噸級(jí)裝置的產(chǎn)業(yè)化。
產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)（左）、天然氣部分氧化制乙炔（中）和氧化酯化連續(xù)化反應(yīng)器（右）
化工系助理研究員藍(lán)曉程為論文第一作者，化工系教授王鐵峰為論文通訊作者，哥倫比亞大學(xué)教授陳經(jīng)廣為論文共同通訊作者。清華大學(xué)為論文第一完成單位。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金和相關(guān)合作企業(yè)的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1039/D4CS01237B
供稿：化工系
編輯：劉芳芳
審核：郭玲
