積碳是催化劑在催化反應(yīng)過(guò)程中普遍發(fā)生的現(xiàn)象，尤其是在乙苯直接脫氫體系中，反應(yīng)物乙苯分子在金屬氧化物催化劑表面很容易快速的產(chǎn)生積碳，導(dǎo)致催化劑的失活。近期，金屬所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室催化材料研究部劉洪陽(yáng)副研究員和蘇黨生研究員，利用乙苯直接脫氫過(guò)程反應(yīng)中的積碳過(guò)程，巧妙的設(shè)計(jì)了一種鈀/碳復(fù)合催化劑(Pd/C)。該催化劑和傳統(tǒng)的商業(yè)納米碳管負(fù)載鈀催化劑(Pd/CNT)相比，在催化性能和催化劑的抗燒結(jié)能力上有很大幅度的提升，該工作以快訊形式在Angewandte Chemie International Edition 在線發(fā)表（http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201406490/abstract ）。
鈀(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都方面都發(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，通常Pd納米粒子都會(huì)負(fù)載在特定的載體上。大量的研究結(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)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)副研究員和蘇黨生研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，利用乙苯反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的積碳，制備了一種具有特殊結(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，明顯的增強(qiáng)了Pd納米顆粒與載體的相互作用，大大的提高了Pd/C催化劑的穩(wěn)定性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在500 攝氏度，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，而傳統(tǒng)的Pd/CNT催化劑，在相同的處理?xiàng)l件下會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的燒結(jié)。同時(shí)在催化液相碳碳偶聯(lián)反應(yīng)中，該Pd/C復(fù)合催化劑也表現(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)催化劑的巨大潛力，具有廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景。
以上工作得到了金屬所“所優(yōu)秀學(xué)者”，國(guó)家基金委，科技部973，中石化等項(xiàng)目的支持。
圖1 Pd/C 復(fù)合催化劑的制備示意圖和電鏡表征結(jié)果，圖D中的標(biāo)注說(shuō)明Pd 納米顆粒明顯的嵌入到碳載體的壁中。
圖2 Pd/C催化劑氬氣500攝氏度處理后的電鏡表征結(jié)果（A,B），新鮮的Pd/CNT 催化劑的電鏡表征結(jié)果（C,D），Pd/CNT 在相同條件下處理后的電鏡表征結(jié)果（E,F）。和Pd/CNT相比，Pd/C 復(fù)合催化劑具有較高的抗燒結(jié)能力。
圖3 Pd/C復(fù)合催化劑和商業(yè)Pd/CNT催化劑在液相碳碳偶聯(lián)反應(yīng)中的催化性能（A）以及循環(huán)性能比較結(jié)果（B）。插圖為催化劑活性中心Pd 納米顆粒與碳載體的作用示意圖。
