原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gce.2026.08.001

文章导读

乙炔氢氯化是煤基路线生产氯乙烯单体（VCM）的关键反应。传统汞基催化剂具有高毒性和易挥发等问题，开发高效稳定的无汞催化剂具有重要意义。Au基催化剂因其优异的乙炔氢氯化活性而备受关注，其中高分散阳离子Au物种被认为是重要活性中心。然而，在反应过程中，Au物种易发生还原、迁移和团聚，同时伴随积碳，导致催化剂逐渐失活。

针对上述问题，浙江工业大学李小年院士/朱艺涵教授课题组提出一种牺牲碱金属离子模板策略，利用Li⁺、Na⁺和K⁺等离子作为牺牲模板，通过模板诱导分子单体聚合固载和化学刻蚀，在碳载体表面定向构筑吡啶氮缺陷锚定位点，实现Au单活性位点的高分散与精准落位，为高效无汞乙炔氢氯化催化剂的设计提供了新思路。文章以题为“Docking single metal sites by ion templating towards catalytic acetylene hydrochlorination”发表在Green Chemical Engineering（GreenChE）。

研究亮点

● 碱金属离子用作单离子牺牲模板，在碳载体上构筑结构明确的氮缺陷锚定位点。

● 所制备的Au/NAC‑Li催化剂在乙炔氢氯化反应中表现出优异的催化活性、接近100%的氯乙烯单体选择性以及良好的稳定性。

● 该牺牲离子模板作为一种通用策略，能够强化金属‑载体相互作用，稳定阳离子金属物种，并调节表面各类物种的吸附能力。

内容概述

1. 牺牲碱金属离子模板策略

如图1所示，以Li⁺、Na⁺和K⁺等离子为牺牲模板，在苯胺聚合和热解过程中将其均匀固定于活性炭表面；经酸浸去除模板，在碳骨架中原位构建氮缺陷锚定位点。区别于传统随机氮掺杂，该策略利用单离子模板调控局域碳结构，实现Au物种的高度分散和稳定固载。

图1. 牺牲型碱金属离子模板策略构筑热稳定金单位点催化剂的原理示意图。

2. 原子尺度结构与配位环境表征

HAADF-STEM和EDS结果表明，Li模板锚定能力最强。Au/NAC-Li表面Au物种孤立且高度分散，无明显团聚。

XAFS（图2）进一步揭示Au的局域配位环境：Au/NAC-Li的XANES吸收边较金属Au发生正移，表明Au物种带有部分正电荷；FT-EXAFS在约2.39 Å处出现显著Au-N散射峰，未出现典型Au-Au配位信号，证实N构成了Au活性位点的第一配位壳层。

图2.（a）Au与Au/NAC‑Li催化剂的Au L₃边XANES谱图；（b）Au与Au/NAC‑Li的k³加权FT‑EXAFS谱图；（c）Au、（e）Au/NAC‑Li催化剂的R空间EXAFS拟合曲线；（d）Au、（f）Au/NAC‑Li催化剂的k空间EXAFS拟合曲线；（g）Au、（h）Au/NAC‑Li催化剂的WT‑EXAFS分析结果。

3. 建立模板调控、缺陷结构与催化性能关联

Raman和XPS结果显示，Li模板可诱导碳载体生成高占比的边缘吡啶氮位点，通过Au‑N强配位作用强化金属‑载体相互作用，有效稳定阳离子Au活性中心，抑制阳离子Au还原与活性位点失稳。因而Au/NAC-Li的催化性能得到提升。在180 ℃、乙炔体积空速400 h^-1的条件下，乙炔转化率92.3%，VCM选择性99.0%；在较低空速下连续运行160 h，催化活性无明显衰减（图3）。同时，BET和TGA结果证实反应后样品孔结构保持较好、积碳量最低，具备优异的抗积碳性能。

C₂H₂-TPD和HCl-TPD结果表明，Au/NAC-Li可实现反应物的最优吸附平衡：既避免乙炔的强吸附，又可高效吸附活化HCl。而原位C₂H₂-DRIFTS证实，Au/NAC-Li能有效活化C≡C键，减弱乙炔过吸附，促进反应并抑制积碳。

动力学测试和DFT计算表明，吡啶氮配位可调控Au位点上反应中间体的相对稳定性，使C₂H₂、HCl参与反应及VCM生成在热力学上更易进行。

图3.（a）Au/NAC‑X与NAC‑Li催化剂的乙炔转化率；（b）不同热解温度制备的Au/NAC‑Li催化剂的乙炔转化率；（c） Au/NAC‑Li 催化剂活性物种辨认；（d）Au/NAC‑Li催化剂在乙炔氢氯化反应中的催化稳定性。反应条件：（a-c）温度180 ℃，乙炔体积空速400 h^-1，HCl与乙炔体积比1.2；（d）温度180 ℃，乙炔体积空速50 h^-1，HCl与乙炔体积比1.2。

总结与展望

本工作提出了一种基于单离子模板诱导-浸出的自下而上构筑策略，实现了对碳载体缺陷结构、Au配位环境及反应物吸附行为的协同调控，并建立了“牺牲离子模板—缺陷单位点锚定—催化性能协同优化”的研究链条。该策略不仅为乙炔氢氯化高效稳定无汞催化剂提供了新的设计思路，也为其它活性碳载单位点金属催化体系的精准构筑提供了可借鉴的研究范式。

作者简介

朱艺涵，国家级青年人才/教授，浙江工业大学化学工程学院副院长（主持工作）。课题组主要从事先进电子显微方法学发展和物质科学应用，近年来以通讯作者在Nature及其子刊等权威期刊发表论文180余篇，引用次数25000余次，H指数75。先后主持国家优青、省杰青/联合重点等项目，承担国家重点研发专项课题。获国际催化协会青年科学家奖、美国显微学会主席学者奖等。

李小年，加拿大工程院外籍院士、教育部长江学者特聘教授。课题组主要从事工业催化剂技术开发与绿色工艺创新研究，主持国家重点研发计划重点专项、国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等省部级及以上项目20余项，先后获国家技术发明二等奖2项（分别排名第1、第3），国家科学技术进步一等奖1项（排名第5）、省部级科技成果一等奖4项和中国青年科技奖等，发表学术论文500余篇，获授权发明专利100余项。

文章信息

T. Sun, L. Zhou, S. Yu, H. Jin, J. Liao, J. Shang, X. Li, Y. Zhu, Docking single metal sites by ion templating towards catalytic acetylene hydrochlorination, Green Chem. Eng., https://doi.org/10.1016/j.gce.2026.08.001 (2026).

撰稿：原文作者

编辑：GreenChE编辑部

【期刊简介】

Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊，最新影响因子11.9，位列Q1区，最新CiteScore为18.5，目前已被ESCI、EI、DOAJ、Scopus和CSCD等多个权威数据库收录。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。

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