近日，研究人員利用乙苯分子在金屬氧化物表面直接脫氫反應中的積碳，巧妙地設計了一種鈀/碳（Pd/C）復合催化劑，該催化劑能夠大幅提升Pd催化劑的循環使用性能和抗燒結能力。
   
    該研究由中國科學院沈陽金屬所材料科學國家（聯合）實驗室催化材料研究部副研究員劉洪陽與中組部“千人計劃”蘇黨生研究員共同完成。
   
    負載金屬催化劑在選擇和設計金屬催化劑時，首先要考慮金屬組分與反應物分子間應有合適的能量適應性和空間適應性，以利于反應分子的活化。然后考慮選擇合適的助催化劑和催化劑載體以及所需的制備工藝。不過，金屬催化劑在工業生產中并不能一直保持穩定不變的活性，因此催化劑在恒定反應條件下的失活與再生是當前研究的熱點和難題。催化劑失活過程大致可分為3個類型，催化劑表面積碳；催化劑由于高溫造成燒結或者活性組分被載體包埋；活性組分由于生成揮發性物質或可升華的物質而損失造成的活性降低。
   
    Pd是一種重要的金屬催化劑，在催化加氫，偶聯反應以及有毒氣體的消除等方面發揮著十分重要的作用。為了抑制Pd納米顆粒在使用過程中的聚集，Pd納米粒子通常會負載在特定的載體上。研究結果表明，碳材料是負載Pd催化劑的重要載體之一，然而傳統商業的Pd/C催化劑，由于載體與Pd納米粒子之間的相互作用較弱，在反應過程中會發生Pd納米粒子的流失或燒結長大。劉洪陽和蘇黨生的研究團隊極為巧妙地利用乙苯分子在金屬氧化物容易發生積碳這一現象，以金屬氧化物為模板，制備出了一種具有特殊結構的Pd/C復合催化劑。
   
    電鏡結果表明，在該催化劑中，活性中心Pd 納米粒子部分嵌入到碳載體臂中，顯著增強了Pd納米顆粒與載體的相互作用，大大提高了Pd/C催化劑的高溫抗燒結性能。實驗結果表明，在500℃，氬氣下處理4小時，制備的Pd/C復合催化劑中Pd納米粒子沒有發生遷移長大。同時在催化液相碳碳偶聯反應中，該Pd/C復合催化劑表現出優異的循環使用性能，體現出了替代現有商業Pd/C催化劑的巨大潛力。