在大量乙烯存在条件下的乙炔选择性加氢是非常重要的工业反应之一，而反应过程中的积碳所导致的反应物扩散受限以及活性位被毒化是催化剂失活的重要原因。目前，催化剂稳定性的改善多数为几何或电子结构调节的范畴，仍需要开发一些新的策略以解决催化剂表面的积碳问题。 受细胞表面纤毛动态运动主导的生物防御机制启发，南京大学丁维平教授团队设计并报道了一种新型聚二甲基硅氧烷接枝CrOx/Al2O3的自活化催化剂用于乙炔选择性加氢反应。
该催化剂在乙炔半加氢反应中展现出与传统贵金属催化剂相当的性能。同时，对照实验和结构分析表明除了改性触发的几何或电子效应外，聚二甲基硅氧烷独特的柔性分子链的摆动效应非常关键，其能够对反应中产生的积碳前驱体施加主动扰动，有效避免碳质沉积引起的位点阻塞，使催化剂在1000小时内保持极高的稳定性。 此外，分子动力学模拟也表明C4~C6物种在未修饰的CrOx/Al2O3表面吸附较强。而对于聚二甲基硅氧烷修饰的催化剂来说，聚合物分子在反应中会不断扭曲，链节之间相互缠绕，最终呈现出一种“拟液体”的状态。分子链在运动过程中会持续与C4和C6分子发生碰撞，这种相互作用限制了其在催化剂表面的长时间停留，进而阻碍了链增长聚合过程，最终减少积碳的形成。而当这些积碳前驱体分子从表面脱附后，催化剂通过自活化迅速恢复活性位点的功能。同时，当该策略拓展至其他乙炔加氢催化剂体系中，也能观察到类似的改善效果。 该工作首次提出了催化反应中的动态自活化机制，不仅为其他仿生催化材料的设计提供了重要的指导，还为烷烃脱氢、费托合成等涉及积碳问题的催化反应研究提供了全新的思路。 论文信息 Bio-Inspired Self-Activating Polydimethylsiloxane-Modified CrOx/Al2O3 Catalyst for Acetylene Semihydrogenation Chenyang Shen, Yibo Wang, Jun Yao Fengfeng Li, Feifei Mei, Zhewei Zhang, Huili Lu, Xuefeng Guo, Luming Peng Nianhua Xue, Yan Zhu, Zhaoxu Chen, Weiping Ding Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202504399
