张涛院士、王晓东研究员团队开发用于高效乙烷氧化脱氢的单原子主族金属催化剂

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近日，我所催化与新材料研究中心（1500组）张涛院士、王晓东研究员团队在乙烷氧化脱氢研究方面取得新进展，发现通过单原子化具有高选择性、同时具有惰性的主族金属氧化物，可以打破活性和选择性的“trade-off”限制，为开发高效的选择性氧化催化剂提供了新思路。
　　在众多的氧化脱氢催化剂中，过渡金属氧化物（TMOs）因具有多种氧化态、较好的烷烃吸附和活化能力而受到广泛关注。但是，过渡金属存在未被占据的d轨道，与C=C的π电子有较强的相互作用，导致生成的烯烃难以脱附从而发生连续氧化。以往的研究工作主要集中在从强到弱调节TMOs催化活性，从而降低过度氧化，但烷烃的吸附和活化受到抑制，导致转化率下降，烯烃收率有限。

　　相比之下，主族金属d轨道全充满，与低碳烷烃、烯烃相互作用较弱，导致主族金属氧化物对烯烃具有固有选择性，同时对烷烃具有活化惰性。本工作中，该团队提出原子分散主族金属氧化物，从弱到强调节其对乙烷的催化活性，即HY分子筛中超笼B酸锚定的原子分散[InOH]2+位点，可以显著降低乙烷解离的反应能垒以激活乙烷的活化。此外，In2O3纳米颗粒选择性氧化H2生成的H2O能够稳定孤立的[InOH]2+结构，从而实现高效的乙烷氧化脱氢。
　　该团队近年来一直致力于低碳烷烃选择性氧化的研究，取得了系列进展（J. Catal.，2018；ACS Catal.，2018；J. Catal.，2019；ACS Catal.，2019；Energy Environ. Sci.，2019；Appl. Catal. B-Environ.，2020；ACS Catal.，2020；ACS Catal.，2020；ACS Catal.，2021；Nat. Commun.，2021；ACS Catal.，2022；Appl. Catal. B-Environ.，2022；Angew. Chem. In. Ed.，2022）。
　　相关成果以"Main-group Catalysts with Atomically Dispersed In Sites for Highly Efficient Oxidative Dehydrogenation"为题，于近日发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上，并被选为内封面文章。该工作的第一作者是我所1503组博士研究生王超杰和韩宇佳。相关研究得到国家自然科学基金、中科院B类先导专项“能源化学转化的本质与调控”、大连市杰出青年科技人才支持计划等项目的资助。（文/图 田鸣）
　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c04926
            文章来源：大连化物所
       王晓东，大连化物所研究员。1972年生于辽宁大连，1995年大连铁道学院应用化学系获学士学位，2000年大连化学物理研究所获博士学位，2001年被聘为副研究员，2007年被聘为研究员。多项研究成果应用于我国新型飞机、长征运载火箭及神舟飞船等空间飞行器，先后获国家部委高技术装备发展建设工程奖章、中国科学院参加载人航天优秀工作者、第七届大连市十大青年科技标兵、第十一届中国科学院十大杰出青年等表彰，曾获省部级一等奖三项，国家技术发明二等奖一项，发表SCI论文90余篇。现主要从事空间飞行器化学推进动力新型推进剂与催化剂研究，承担多项国家973计划、863计划、自然科学基金及中科院知识创新重要方向等课题。
         张涛，男，汉族，1963年生。中共党员，博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员。2013年当选为中国科学院院士。1989年在中国科学院大连化学物理研究所获博士学位，1989年至1990年在英国伯明翰大学做访问学者，回国后，历任大连化学物理研究所研究组副组长、组长、室主任、副所长、党委书记等职务，曾兼任国家催化工程技术研究中心主任，2007年2月至2017年2月任大连化学物理研究所所长。2016年12月任中国科学院副院长、党组成员。