炔烴及衍生物半加氫是制備聚合物和系列高端精細(xì)化學(xué)品的關(guān)鍵反應(yīng)之一。目前最廣泛使用的林德拉催化劑通過(guò)引入錫、鉛等金屬離 子或者喹啉、吡啶等含氮化合物等改性劑以提高選擇性，但林德拉催化劑存在活性低、穩(wěn)定性差、重金屬污染等系列問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種高活性、高選擇性、無(wú)需抑制劑的鈀基炔烴半加氫催化劑具有重要意義。

我?；瘜W(xué)工程學(xué)院工業(yè)催化學(xué)科王建國(guó)教授、李小年教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期聚焦該問(wèn)題，利用載體調(diào)控負(fù)載鈀的幾何及電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)，優(yōu)化炔烴半加氫性能及避免抑制劑的使用。在前期工作中，團(tuán)隊(duì)提出了載體“復(fù)合”和載體“單原子改性”策略，構(gòu)建的氧空缺二氧化鈦復(fù)合碳載體負(fù)載Pd催化劑和單原子鎳摻雜三氧化二鋁載體負(fù)載鈀催化劑在炔的半加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的活性、選擇性和穩(wěn)定性。在最新研究中，團(tuán)隊(duì)采用多尺度模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，在理論模擬指導(dǎo)下，發(fā)展了一種利用二維碳化鈮誘導(dǎo)生成三配位鈀烯的策略，實(shí)現(xiàn)了室溫條件下苯乙炔的高效選擇性加氫，并且該催化劑對(duì)于其它27種炔類(lèi)化合物具有普適性。

該工作首次在室溫、無(wú)需模板劑和無(wú)需還原劑的條件下構(gòu)筑了兩層鈀烯，鈀烯中鈀原子的配位數(shù)僅為3，表現(xiàn)為椅式六元環(huán)的幾何結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)使反應(yīng)過(guò)程中與烯烴配位的有效鈀原子數(shù)減少，促進(jìn)生成烯烴的快速脫附，使催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。以苯乙炔為模型底物，催化劑的轉(zhuǎn)換頻率為10372 h^-1，是工業(yè)常用林德拉催化劑的24倍，選擇性高達(dá)96%。通過(guò)第一性原理計(jì)算結(jié)合含覆蓋度依賴(lài)的動(dòng)力學(xué)定量分析手段，揭示了三配位鈀烯催化劑性能優(yōu)異的深層原因在于其極大地促進(jìn)了目標(biāo)產(chǎn)物的擴(kuò)散能力，進(jìn)而避免烯烴過(guò)加氫現(xiàn)象的發(fā)生。

上述成果以“Tripodal Pd metallenes mediated by Nb₂C MXenes for boosting alkynes semihydrogenation”為題于2023年2月7日被《Nature Communications》在線(xiàn)報(bào)道。浙江工業(yè)大學(xué)為第一單位，王建國(guó)教授、李小年教授和姚子豪博士為通訊作者，魏中哲副教授為第一作者，在讀博士研究生趙梓江為論文共同第一作者。該工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金 (2200821, U21A20298, 22141001)、浙江省自然科學(xué)基金（LQ21B060005）和浙江工業(yè)大學(xué)省屬高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（RF-A2022011）及企業(yè)項(xiàng)目的支持。球差電鏡工作由中國(guó)科技大學(xué)林岳教授完成。

載體調(diào)控負(fù)載鈀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究思路

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-36378-3

第一作者

魏中哲，浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院副教授，博導(dǎo)，先后入選2018“博新計(jì)劃”、浙江工業(yè)大學(xué)“十四五”高層次人才培育對(duì)象。主要從事高效多組分復(fù)合催化劑的研制及其在精細(xì)化工品和高端化學(xué)品合成領(lǐng)域的熱催化研究。以通訊作者/第一作者在Nat. Commun.、 ACS Catal.、Chin. J. Catal.、Green Chem.、J. Mater. Chem. A等頂尖國(guó)際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文18篇，以第一發(fā)明人授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)，承擔(dān)多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金、省部級(jí)縱向課題和橫向項(xiàng)目。