【催化】MoOx调节金属镍电子结构实现类铂的催化正十六烷烃加氢异构化性能

随着能源需求的增加，提高石油产品的利用效率受到日益重视。正构烷的加氢异构化是改善燃料质量（降低凝固点、提高燃烧效率）的重要途径，该反应需要脱氢-异构化-加氢三个主要步骤。因此，需要开发兼具加氢/脱氢和异构化功能的高效催化材料。Pt具有优异的加氢/脱氢活性，将其与分子筛（用于催化异构化的具有酸性位点的载体）结合是获得双功能催化材料的常用方法。但金属铂价格昂贵、储量较少，限制了其在实际中的应用。虽然通过合金化、调整载体类型、减小铂的尺寸等方法可以一定程度上减少铂的用量，但从实际应用的角度看，开发低成本的非铂催化剂具有重要意义。

后过渡金属Ni与Pt同属一个家族，都是非常有用的催化材料，但单一的Ni金属与Pt基催化剂性能差别较大，难以满足加氢异构化的要求。这应该与其电子结构有关，其具有两个未成对的d电子（与铂的电子结构有一个未成对的d电子明显不同）。根据d带中心理论，过渡金属的d轨道价电子被认为是催化反应的活性中心，开发具有类铂d电子结构的材料是实现非铂高效催化的关键，因此需要使金属镍获得适量的电子，以实现对其d电子的调控。

前过渡金属Mo具有半满的d轨道，其价态多变可调。有研究指出，前、后过渡金属的配位可以调节各组分的电子结构，从而优化催化性能（d电子互补效应）。黑龙江大学付洪刚教授课题组在前期工作中，通过对前过渡金属（钼、钨、钒）和后过渡金属（铁、钴、镍）基材料的配位，获得了高效的电催化水分解材料。在前期工作的基础上，该团队设想将钼物种与镍进行配位，利用二者之间的相互作用，实现对Ni金属d电子结构的调控，优化其催化性能。该团队基于前期开发的“真空辅助”路线，获得了MoOx与Ni紧密接触、高度分散在SAPO-11（S-11）分子筛载体上的催化材料。 MoOx与镍的紧密接触使得电子从钼物种转移到镍上，从而提高Ni金属的电子密度，有助于促进H物种在Ni位点的活化和脱附。此外，MoOx对载体有较强的作用，增加分散度的同时减小了颗粒的尺寸，有利于SAPO-11分子筛暴露更多的Brønsted酸位（异构化活性位）。由于以上优点，3.0Ni-0.5Mo/S-11催化剂在催化正十六烷加氢异构化反应中表现出81.4%的异构体产率，与商业铂基催化性能（异构体产率81.0%）相当，且具有相似的催化异构化机理，此外该材料具有优异的催化稳定性。该工作为高效非贵金属基加氢催化剂的设计提供了一种新途径。

该研究工作发表在ACS上，第一作者为黑龙江大学博士生王东旭，田春贵教授和付洪刚教授为共同通讯作者。

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Mo 取代 Ni 取代 n 型至 Pt 基

王欣康颖顾颖张刘吴燕田* 付*

ACS Catal.，2020，10，10449-10458，DOI：10.1021/。

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付洪刚

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