近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所與大連理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用碳化鉬負(fù)載金(Au/α-MoC)催化劑實(shí)現(xiàn)直接用水作為氫源的乙炔加氫制乙烯反應(yīng),在反應(yīng)溫度80 ℃下,催化劑穩(wěn)定性高,乙炔轉(zhuǎn)化率大于99%,乙烯選擇性大于83%。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

通過煤制乙炔,再經(jīng)乙炔加氫制乙烯,是替代傳統(tǒng)石油基乙烯生產(chǎn)路線的一種具有前景的途徑。然而,目前乙炔加氫工藝通常需要100～300 ℃的高溫,能耗高。此外,傳統(tǒng)加氫過程消耗的H2也需要水煤氣變換(WGS)等高能耗制備過程,產(chǎn)生的H2還需要后續(xù)分離和提純等復(fù)雜工藝。因此,開發(fā)一種更經(jīng)濟(jì)、高效的低能耗乙炔加氫制乙烯途徑具有重要意義。

研究團(tuán)隊(duì)規(guī)避傳統(tǒng)加氫路線中的先造H2、提純和再解離H2來加氫的高能耗復(fù)雜步驟,利用Au/α-MoC催化劑表面原位生成的活性氫物種,將水與WGS原料CO直接用于乙炔加氫制乙烯反應(yīng)。與傳統(tǒng)H2加氫途徑相比,該反應(yīng)實(shí)現(xiàn)直接利用廉價(jià)的H2O在更低的反應(yīng)溫度(80 ℃)下進(jìn)行加氫反應(yīng),更經(jīng)濟(jì)且能耗低。

原位譜學(xué)、動(dòng)力學(xué)模擬和理論計(jì)算研究結(jié)果表明,Au團(tuán)簇與α-MoC界面是該反應(yīng)的活性位點(diǎn),H2O分子首先在界面Mo位點(diǎn)上解離生成羥基,羥基上的活潑氫可將乙炔高選擇性加氫生成乙烯,而殘留的氧被界面處Au上吸附的CO還原移除,完成催化循環(huán)。

該研究可為開發(fā)非H2、低溫、高效加氫反應(yīng)提供新思路。