近日，大連化物所化石能源與應(yīng)用催化研究部烷烴轉(zhuǎn)化新催化材料及新過程研究組（DNL0802組）田志堅研究員、王從新(第七批會員)研究員等在加氫異構(gòu)雙功能催化劑金屬位性能調(diào)控研究中取得新進(jìn)展。團(tuán)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(zhǔn)控制貴金屬的落位，發(fā)現(xiàn)了氧化物助劑與錨定于其上的貴金屬之間形成電子轉(zhuǎn)移路徑，實現(xiàn)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(yōu)異的加氫異構(gòu)性能。 
雙功能催化劑在能源及大宗化學(xué)品生產(chǎn)過程中具有廣泛應(yīng)用。烷烴加氫異構(gòu)是其中具有代表性的過程之一，可將直鏈烷烴轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴，為典型的原子經(jīng)濟(jì)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(shù)，不僅應(yīng)用于石油資源的催化轉(zhuǎn)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(zhì)等過程中發(fā)揮重要作用。 在加氫異構(gòu)反應(yīng)中，金屬活性位作用于正構(gòu)烷烴脫氫以及異構(gòu)烯烴加氫飽和兩個關(guān)鍵步驟。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(yōu)異加氫異構(gòu)性能的關(guān)鍵。當(dāng)金屬性不足以平衡酸性時，酸性位上形成的異構(gòu)碳正離子容易發(fā)生進(jìn)一步裂化反應(yīng)，從而降低催化劑的異構(gòu)化選擇性。一直以來，人們主要通過增加金屬位數(shù)量（提高負(fù)載量或改善分散度）以獲得良好的金屬性以及金屬性與酸性的平衡。但是，通過調(diào)控金屬位本征活性，在較低貴金屬載量時獲得優(yōu)異的加氫異構(gòu)性能仍具有挑戰(zhàn)。 本工作中，團(tuán)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(zhǔn)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(tuán)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(fā)現(xiàn)其可與CeOX之間形成電子轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)金屬位本征活性的提升，在加氫異構(gòu)反應(yīng)中促進(jìn)起始步驟烷烴脫氫的快速發(fā)生并獲得更為優(yōu)異的活性；同時，還可以促進(jìn)終結(jié)步驟異構(gòu)烯烴加氫飽和的快速進(jìn)行，進(jìn)而獲得更高的選擇性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)催化劑（0.3wt%PtCeOX/ZSM-22）上正十二烷轉(zhuǎn)化率91%時，異構(gòu)選擇性可達(dá)96%，異構(gòu)十二烷收率達(dá)到87%，較更高Pt載量的典型工業(yè)催化劑（0.5wt%Pt/ZSM-22）提升10個百分點以上。該研究工作為加氫異構(gòu)催化劑金屬位性能調(diào)控提供了新策略，同時也為其他雙功能催化劑的設(shè)計制備提供了一定借鑒。 相關(guān)成果以“Boosting catalytic performance via electron transfer effect for hydroisomerization on a low-Pt-content PtCeOX/zeolite catalyst”為題，發(fā)表在《化學(xué)催化》（Chem Catalysis）上。該工作的共同第一作者是大連化物所DNL0802組碩士畢業(yè)生彭巖和博士研究生王學(xué)林。上述工作獲得了國家重點研發(fā)計劃、中科院A類先導(dǎo)專項“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項目的支持。 文章鏈接
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