近日，研究人員利用乙苯分子在金屬氧化物表面直接脫氫反應(yīng)中的積碳，巧妙地設(shè)計(jì)了一種鈀/碳（Pd/C）復(fù)合催化劑，該催化劑能夠大幅提升Pd催化劑的循環(huán)使用性能和抗燒結(jié)能力。
   
    該研究由中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)金屬所材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室催化材料研究部副研究員劉洪陽(yáng)與中組部“千人計(jì)劃”蘇黨生研究員共同完成。
   
    負(fù)載金屬催化劑在選擇和設(shè)計(jì)金屬催化劑時(shí)，首先要考慮金屬組分與反應(yīng)物分子間應(yīng)有合適的能量適應(yīng)性和空間適應(yīng)性，以利于反應(yīng)分子的活化。然后考慮選擇合適的助催化劑和催化劑載體以及所需的制備工藝。不過(guò)，金屬催化劑在工業(yè)生產(chǎn)中并不能一直保持穩(wěn)定不變的活性，因此催化劑在恒定反應(yīng)條件下的失活與再生是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難題。催化劑失活過(guò)程大致可分為3個(gè)類型，催化劑表面積碳；催化劑由于高溫造成燒結(jié)或者活性組分被載體包埋；活性組分由于生成揮發(fā)性物質(zhì)或可升華的物質(zhì)而損失造成的活性降低。
   
    Pd是一種重要的金屬催化劑，在催化加氫，偶聯(lián)反應(yīng)以及有毒氣體的消除等方面發(fā)揮著十分重要的作用。為了抑制Pd納米顆粒在使用過(guò)程中的聚集，Pd納米粒子通常會(huì)負(fù)載在特定的載體上。研究結(jié)果表明，碳材料是負(fù)載Pd催化劑的重要載體之一，然而傳統(tǒng)商業(yè)的Pd/C催化劑，由于載體與Pd納米粒子之間的相互作用較弱，在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生Pd納米粒子的流失或燒結(jié)長(zhǎng)大。劉洪陽(yáng)和蘇黨生的研究團(tuán)隊(duì)極為巧妙地利用乙苯分子在金屬氧化物容易發(fā)生積碳這一現(xiàn)象，以金屬氧化物為模板，制備出了一種具有特殊結(jié)構(gòu)的Pd/C復(fù)合催化劑。
   
    電鏡結(jié)果表明，在該催化劑中，活性中心Pd 納米粒子部分嵌入到碳載體臂中，顯著增強(qiáng)了Pd納米顆粒與載體的相互作用，大大提高了Pd/C催化劑的高溫抗燒結(jié)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在500℃，氬氣下處理4小時(shí)，制備的Pd/C復(fù)合催化劑中Pd納米粒子沒有發(fā)生遷移長(zhǎng)大。同時(shí)在催化液相碳碳偶聯(lián)反應(yīng)中，該P(yáng)d/C復(fù)合催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)使用性能，體現(xiàn)出了替代現(xiàn)有商業(yè)Pd/C催化劑的巨大潛力。