结构封装双钯位点-“蓄水”膜反应器

CO₂加氢是合成各种有价值的有机分子的最广泛的途径，但对目标产品进行精确的碳-碳偶联控制以及提高目标产物选择性仍然是一个挑战。

近期，江南大学刘小浩教授团队首次实现了二氧化碳一步近100%选择性转化为乙醇。该团队提出了一种全新的催化剂设计策略，通过结构封装法，构筑了双钯位点-纳米“蓄水”膜反应器，实现了二氧化碳在温和条件下连续流一步无副反应高效稳定制乙醇。相关研究成果5月10日发表于《ACS Catalysis》。

​文章亮点

​图1 纳米反应器中原位生成的富水与疏水性二氧化硅壳层的模型

在该工作中，虽然最初的乙醇选择性很高，但是Pd₂Ce@Si中的双原子Pd活性位点并不稳定，很容易聚集成Pd颗粒，这导致了催化剂急剧失活，产物选择性从乙醇明显转向甲醇和CO。

研究人员创新性地采用“结构封装法”精准构筑“双钯催化位点”-纳米“蓄水”膜反应器，成功稳定了双原子Pd活性位点，这使得Pd₂Ce@Si催化剂可以在240℃，3 MPa时以高达98.7%的选择性高效稳定转化为乙醇，并且在连续60 h的测试中具有良好的稳定性。

​作者在文章中讨论了温度、压力以及气体流速对反应速率以及产物选择性的影响。

​图2 温度对CO₂转化率及乙醇的选择性影响

从图2中可以看出，在3 MPa下温度越高，CO₂转化率越高，选择性也越好。当温度为200℃、220℃和240℃时，乙醇产物的选择性都能保持在近100%的水平，但260℃和280℃时选择性就会大幅下降。所以，温度的精准控制对反应有至关重要的作用。

​图3 压力对CO₂转化率及乙醇选择性的影响

从图3中可以看出在240℃时，压力越大CO₂转化率越高，乙醇的选择性越好，在3 MPa时选择性接近100%。

​图4 流速对CO₂转化率及乙醇选择性的影响

从图4中可以看出，当温度为240℃，压力为3 MPa时，流量越小，CO₂的转化率越高，乙醇的选择性越好，在15 mL/min时选择性接近100%。

PLR-RT系列催化反应评价装置

在CO₂加氢、甲烷重整和费托合成等工艺中，反应条件（如温度、流速、压力等）对反应结果起着至关重要的作用，其中，反应温度和压力是影响反应性质和选择性的重要因素之一，过高或者过低都会导致反应选择性降低或进一步转化成其他产物，流速也与反应时间、产品纯度等参数密切相关。

为了满足在传统催化反应对温度、流速、压力精准控制的需求，泊菲莱科技推出了PLR-RT系列催化反应评价装置。该套装置以高精度的流量控制方式，保证气体流速恒定，具有多级温度管理系统，实现温度的精准调控。（可拨打电话400-1161-365咨询）

​PLR-RT系列催化反应评价装置可以实现80~1050℃温度的精准控制，控温精度高达±1℃，16段程序升温控温模式。压力控制范围多档可选，最高可达10 MPa，控制精度高达0.2%。流速范围多档可选控制精度高达±1% F.S.。

PLR-RT系列催化反应评价装置精确的控制设计是保证合成产物的选择性和产率稳定的关键。通过系统地分析和测试这些反应条件对反应活性和产物选择性的影响，可精细调节反应条件，实现产物合成的高产率和高选择性。

此外，PLR-RT系列催化反应评价装置还设置有冷凝分离系统可对反应气进行快速降温并对液体反应物或者产物进行冷凝分离；还设有多种取样口，实现反应过程在线检测及反应产物的全检测。

目前PLR-RT系列催化反应评价装置有标准版（850℃/6 MPa）、高温版（1050℃/3 MPa）、高压版（650℃/10 MPa）、高温高压版（850℃/10 MPa）和定制版五个版本可供选择。

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文章信息

Chen Jie, Zha Yajun, Liu Xiaohao* et.al., Rationally Designed Water Enriched Nano Reactor for Stable CO₂ Hydrogenation with Near 100% Ethanol Selectivity over Diatomic Palladium Active Sites[J]. ACS Catalysis, 2023, 13: 7110.

文章链接：

https://doi.org/10.1021/acscatal.3c00586