在大量乙烯存在條件下的乙炔選擇性加氫是非常重要的工業反應之一，而反應過程中的積碳所導致的反應物擴散受限以及活性位被毒化是催化劑失活的重要原因。目前，催化劑穩定性的改善多數為幾何或電子結構調節的范疇，仍需要開發一些新的策略以解決催化劑表面的積碳問題。 受細胞表面纖毛動態運動主導的生物防御機制啟發，南京大學丁維平教授團隊設計并報道了一種新型聚二甲基硅氧烷接枝CrOx/Al2O3的自活化催化劑用于乙炔選擇性加氫反應。
該催化劑在乙炔半加氫反應中展現出與傳統貴金屬催化劑相當的性能。同時，對照實驗和結構分析表明除了改性觸發的幾何或電子效應外，聚二甲基硅氧烷獨特的柔性分子鏈的擺動效應非常關鍵，其能夠對反應中產生的積碳前驅體施加主動擾動，有效避免碳質沉積引起的位點阻塞，使催化劑在1000小時內保持極高的穩定性。 此外，分子動力學模擬也表明C4~C6物種在未修飾的CrOx/Al2O3表面吸附較強。而對于聚二甲基硅氧烷修飾的催化劑來說，聚合物分子在反應中會不斷扭曲，鏈節之間相互纏繞，最終呈現出一種“擬液體”的狀態。分子鏈在運動過程中會持續與C4和C6分子發生碰撞，這種相互作用限制了其在催化劑表面的長時間停留，進而阻礙了鏈增長聚合過程，最終減少積碳的形成。而當這些積碳前驅體分子從表面脫附后，催化劑通過自活化迅速恢復活性位點的功能。同時，當該策略拓展至其他乙炔加氫催化劑體系中，也能觀察到類似的改善效果。 該工作首次提出了催化反應中的動態自活化機制，不僅為其他仿生催化材料的設計提供了重要的指導，還為烷烴脫氫、費托合成等涉及積碳問題的催化反應研究提供了全新的思路。 論文信息 Bio-Inspired Self-Activating Polydimethylsiloxane-Modified CrOx/Al2O3 Catalyst for Acetylene Semihydrogenation Chenyang Shen, Yibo Wang, Jun Yao Fengfeng Li, Feifei Mei, Zhewei Zhang, Huili Lu, Xuefeng Guo, Luming Peng Nianhua Xue, Yan Zhu, Zhaoxu Chen, Weiping Ding Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202504399
