雙功能催化劑上金屬位性能調控研究取得新進展

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雙功能催化劑在能源及大宗化學品生產過程中具有廣泛應用，烷烴加氫異構則是其中具有代表性的過程之一。其可將直鏈烷烴轉化為異構烷烴，為典型的原子經濟性過程，是提高汽油辛烷值、降低柴油凝點和改善潤滑油低溫性能的重要技術，不僅應用于石油資源的催化轉化，還能在費托合成油品的高值利用以及生物柴油/航煤的加氫提質等過程中發揮重要作用。

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員田志堅、研究員王從新等在加氫異構雙功能催化劑金屬位性能調控研究中取得新進展。團隊利用分子篩載體和氧化物助劑在表面等電點上的差異，精準控制了貴金屬的落位，發現了氧化物助劑與錨定于其上的貴金屬之間形成電子轉移路徑，實現了金屬位本征活性的提升，在低貴金屬載量催化劑上獲得了優異的加氫異構性能。相關成果發表在《化學催化》上。

加氫異構雙功能催化劑上金屬位性能調控策略（大連化物所供圖）

在加氫異構反應中，貴金屬/分子篩雙功能催化劑上金屬性和酸性的平衡是獲得優異加氫異構性能的關鍵。當金屬性不足以平衡酸性時，酸性位上形成的異構碳正離子容易發生進一步裂化反應，從而降低催化劑的異構化選擇性。一直以來，人們主要通過增加金屬位數量來獲得良好的金屬性以及金屬性與酸性的平衡。但是，通過調控金屬位本征活性，在較低貴金屬載量時獲得優異的加氫異構性能仍具有挑戰。

本工作中，團隊利用ZSM-22分子篩載體和氧化鈰助劑在表面等電點上的差異，精準控制了貴金屬的落位，制備了Pt錨定于CeOX助劑上的PtCeOX/ZSM-22雙功能催化劑。團隊通過AC-HAADF-STEM、CO-FT-IR、Raman、XAFS以及in situ XPS等表征手段，揭示了錨定于CeOX上的Pt以Ptδ+形式存在，發現其可與CeOX之間形成電子轉移，實現金屬位本征活性的提升，在加氫異構反應中促進起始步驟烷烴脫氫的快速發生并獲得更為優異的活性。同時，它還可以促進終結步驟異構烯烴加氫飽和的快速進行，進而獲得更高的選擇性。研究發現，當催化劑上正十二烷轉化率91%時，異構選擇性可達96%，異構十二烷收率達到87%，較更高Pt載量的典型工業催化劑提升10個百分點以上。

該研究工作為加氫異構催化劑金屬位性能調控提供了新策略，同時也為其他雙功能催化劑的設計制備提供了一定借鑒。