文献速递｜吴棱团队 Chemical Engineering Journal 光催化高效催化苯乙炔半氢化

第一作者：王志文

通讯作者：吴棱

DOI：10.1016/j.cej.2021.132018

苯乙烯原料中存在少量的毒杂质苯乙炔会使苯乙烯聚合催化剂失活，降低聚苯乙烯的性能，因此通过半氢化脱除苯乙炔一直是聚苯乙烯生产中非常重要的工艺。但是，传统的工业催化需要在一定的温度和压力下运行，造成不可控的产物选择性，环境污染，能源浪费的问题。创造一种在温和条件下就可以催化苯乙炔半氢化的催化反应系统是非常有必要的。光催化技术作为新兴的催化技术，使用太阳光作为能源，在温和条件下催化各种化学反应，是一种非常有前景的技术。

因此，构筑一种光催化剂选择性的高效催化苯乙炔半氢化是非常有价值策略。苯乙炔半氢化主要分为两个关键步骤：氢气活化和解离为活性氢和苯乙炔在催化剂上的选择性吸附和活化。因此，我们设计了多功能光催化剂CuPd/SnNb₂O₆（CuPd/SN）纳米片用于苯乙炔半氢化在温和条件下。CuPd合金中Pd作为活化和解离氢气的活性位点，Cu可以有效的抑制过氢化作用。SnNb₂O₆纳米片可以提供丰富的Nb⁵⁺ 活性位点选择性的活化苯乙炔分子进而提高光催化性能。此外，光生电子可以被用来促进活性氢的生成，提高光催化活性。

由表1可知，SN和Cu/SN的催化性能可以忽略不计因为SN和Cu/SN不能解离H₂。当Pd加载在SN上时，Pd/SN表现出较高的PA转化率(99%)。但产物几乎都是乙苯(98.6%)而不是苯乙烯(1.4%)，因为金属钯具有极强的解离和活化H₂的能力。将Cu引入Pd后，PE的选择性随Cu含量的增加而增加。当Cu:Pd的摩尔比为3:1时催化剂(Cu₃Pd₁/SN)表现出最佳的转化性能：苯乙炔的转化率接近100%，苯乙烯的选择性为99.4%。这个结果揭示了Pd的作用是促进苯乙炔的转化，Cu的作用是提高苯乙烯的选择性。为了进一步揭示催化剂中每一个组分的功能，使用Cu和Pd修饰的SiO₂作为苯乙炔加氢催化剂，SiO₂和Cu/SiO₂表现出非常低的转化率。Pd/SiO₂对苯乙炔的转化率为16.9%，对苯乙烯的选择性为13.2%。然而，Cu₃Pd₁/SiO₂对苯乙烯选择性高达98.1%。进一步证实了Pd和Cu的作用分别是提高苯乙炔的转化率和苯乙烯的选择性。更重要的是，这些结果意味着SnNb₂O₆纳米片在氢化反应中起着不可或缺的作用。