引用本文:尤志鑫，纪钰霞，蒋妍，等. 铁稳定的铂单原子催化选择性加氢反应[J]. 化学试剂, 2023, 45(7)：100-106.DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0128
苯乙烯是一种广泛应用于橡胶、药物和颜料等化工领域的重要中间体，我国年产量接近1000万t，主要来源于抽提石油裂解产物。苯乙炔是苯乙烯原料中的主要杂质，在后续的苯乙烯聚合阶段会毒害催化剂，严重影响产品性能。苯乙烯与苯乙炔的理化性质相近，靠物理方式分离除杂比较困难。目前，主要通过催化的手段，将苯乙炔杂质选择性加氢转化为苯乙烯。这一过程中，还要尽量避免将苯乙烯过度加氢成乙苯，所以设计具有高活性与高选择性的催化剂至关重要。1. 用溶胶凝胶法在硅铝复合氧化物中掺杂了少量的铁元素，把高分散的铂活性中心锚定在载体上，合成出铂负载量为0.2wt%的单原子催化剂；1.1 主要仪器与试剂
1.2 催化剂的制备
将860μL（3.9 mmol）硅酸四乙酯、1.2 g（3.2 mmol）硝酸铝九水合物、1.4 g（6.4 mmol）均苯三甲酸、0.08 g（0.2 mmol）硝酸铁九水合物、含0.8 mg Pt的氯铂酸水溶液、4 mL去离子水加入至20 mL无水乙醇中，搅拌至完全溶解转移至水热反应釜中，在120oC恒温反应12 h得到红棕色凝胶，干燥后在马弗炉中以5 oC/min的升温速率加热至500 oC，焙烧4 h得到0.2wt%PtFe50/Al2O3-SiO2。2.1 表征分析
2.1.1 Pt的分散态分析
使用XRD来分析负载在Al2O3-SiO2载体上的Pt基催化剂的物相组成和结构。结果如图1所示。
图1 催化剂的XRD谱图
鉴于低载量的催化剂在XRD上不出峰，为了进一步研究Pt在0.2wt%PtFe50/Al2O3-SiO2及0.2wt%Pt/Al2O3-SiO2上的分散状态，分别使用球差校正透射电镜、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）及能量色散X射线谱（EDS）对这些催化剂的微观形貌进行了分析（图2、图3）。
a. 0.2wt%PtFe50/Al2O3-SiO2的AC-STEM图像；b. 0.2wt%Pt/Al2O3-SiO2的HAADF-STEM图像图2 催化剂的AC-STEM和HAADF-STEM图
图3 0.2wt%PtFe50/Al2O3-SiO2催化剂的HAADF-STEM（a）和EDS面扫结果（b～d）2.1.2 价态分析
XPS显示0.2wt%PtFe50/Al2O3-SiO2催化剂在310 ~ 350 eV范围内没有明显的Pt 4d信号（图4a）。
图4 0.2wt%PtFe50/Al2O3-SiO2催化剂的XPS谱图2.1.3 比表面积分析
为了更充分的佐证Pt在不同载体上存在形式的差异，对掺杂Fe的3种不同载体的催化剂进行了氮气等温吸脱附测试。结果如图5所示，由N2等温吸脱附曲线（图5a）可以看出，3种材料均符合Ⅳ型吸附等温线，这表明3种材料均具有丰富的微孔及介孔结构。
a. N2等温吸脱附曲线；b. BJH孔径分布
图5 不同催化剂的N2等温吸脱附曲线与孔径分布
2.2 炔烃的选择性加氢催化性能
2.2.1 反应活性
以苯乙炔选择性加氢生成苯乙烯（styrene，ST）为模型反应考察各催化剂的性能。首先考察了铂负载量为0.2wt%时，不同载体对加氢活性与选择性的影响，结果如表1所示。
2.2.2 催化剂的稳定性
0.2wt%PtFe50/Al2O3-SiO2的稳定性测试结果如图6所示，在经历了5次循环后，该催化剂对苯乙炔的转化率没有显著下降，而选择性则稳定在91%左右。
图6 0.2wt%PtFe50/Al2O3-SiO2循环测试
本文以一种简便的溶胶凝胶法制备了0.2wt%PtFe50/Al2O3-SiO2单原子催化剂，发现在苯乙炔选择性加氢反应中，单原子催化剂的性能远高于纳米催化剂，在30 ℃的温和条件下速率高达585 molST/(molPt·h)，苯乙烯的选择性为91.2%，且具有极佳的底物适用性和循环稳定性，证明了惰性载体的掺杂改性是实现单原子催化剂的可控合成的有效策略。
