介尺度上元素迁移对双功能催化剂性能影响

将CO/CO₂加氢转化成液体燃料以及具有高附加价值的化学品一直备受关注。近年来，采用反应耦合研究思路设计的双功能催化剂实现了CO/CO₂直接高选择性制液体燃料、低碳烯烃和芳烃，产物选择性突破了ASF分布。由复合氧化物和分子筛组合而成的双功能催化剂成为C1分子转化的研究热点。大部分研究关注金属氧化物的探索或分子筛的改性，却常常忽视在介尺度上两个功能组分之间的相互作用。

近日，厦门大学成康副教授、王野教授和荷兰乌特勒支大学Krijn P. de Jong教授合作研究了氧化物-分子筛双功能催化剂在热处理和反应过程中的元素迁移现象，将双功能催化剂中的元素迁移现象可视化，揭示了双功能催化剂在反应过程中各功能组分的动态演变过程。通过对反应前后的双功能催化剂进行详细的表征，阐述了双功能催化剂酸性变化与催化剂失活之间的联系，详细探究了金属迁移对双功能催化剂催化性能的影响。

图1. 热处理和CO₂加氢反应过程中元素迁移现象及其对催化性能影响的示意图。

在In₂O₃/H-ZSM-5和ZnO/H-ZSM-5上，铟和锌通过固体离子交换机制中和了H-ZSM-5的质子位，导致C₂₊烃产物急剧减少。而铬和锆的热迁移能力不显著，使得Cr₂O₃/H-ZSM-5和ZrO₂/H-ZSM-5催化剂对C₂₊烃类具有较高的选择性。

研究发现金属在沸石分子筛上的迁移过程中，通常一价金属比高价金属更容易迁移。无论哪种单价物种（In⁺或[ZnOH]⁺）都能中和H-ZSM-5的大部分质子酸位点。此外，金属在沸石上的迁移可能是在高温和还原气氛的驱动下在载体表面自发分散的结果。迁移物种可以部分堵塞H-ZSM-5的微孔通道。本研究的结果初步表明，元素迁移是设计复合催化剂时的一个重要考虑因素。每种金属的迁移性质决定了最终双功能催化剂中不同功能组分的整合方式。

该论文于近期发表于Angew. Chem. Int. Ed.，文章的第一作者是厦门大学的博士后王禹皓和硕士生研究生王根源，硕士研究生刘素含为文章手绘了TOC，通讯作者为厦门大学成康副教授、王野教授和荷兰乌特勒支大学的Krijn P. de Jong教授。

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Visualizing Element Migration over Bifunctional Metal-Zeolite Catalysts and its Impact on Catalysis

Yuhao Wang, Genyuan Wang, Lars I. van der Wal, Kang Cheng, Qinghong Zhang, Krijn P. de Jong, Ye Wang

Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202107264

通讯作者简介

成康，厦门大学副教授，博士生导师，王野教授团队成员。2009年本科毕业于四川大学，2014年获厦门大学物理化学博士学位，2015年获法国里尔大学分子与凝聚态材料博士学位。先后在能源材料化学协同创新中心(iChEM)和荷兰乌得勒支大学德拜纳米材料科学研究所从事博士后研究工作。主要研究方向为合成气、CO₂、低碳烷烃的选择性转化和沸石催化。近五年以第一/通讯作者(含共同)在Angew. Chem. Int. Ed., Chem, Chem. Sci., ACS Catal., J. Catal.等期刊发表论文20余篇。

王野，厦门大学教授。1986年南京大学本科毕业，1996年毕业于日本东京工业大学，获得博士学位。1996年4月-2001年4月先后在日本东京工业大学、东北大学和广岛大学任教，并于2001年5月起任广岛大学副教授。2001年8月起任厦门大学教授、博士生导师。2015年起任厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室主任。目前担任ACS Catalysis副主编，国际催化学会的理事会成员。主要从事碳基能源催化(合成气转化、甲烷活化和选择转化、生物质制高值化学品、CO₂光/电/热催化转化)；光合成；选择性氧化催化；催化反应机理方面的研究。

https://www.x-mol.com/groups/wangye 

Krijn P. de Jong教授是国际催化领域著名科学家，欧洲科学院院士，曾任荷兰乌特勒支大学德拜纳米材料中心主任、Journal of Catalysis杂志编委、BP公司技术顾问委员会委员、厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室国际顾问委员会委员等。他曾在壳牌公司工作15年，1997年被任命为荷兰乌特勒支大学无机化学与催化研究组教授。目前主要研究方向包括催化剂合成与自组装、双功能催化、合成气转化、烃类转化、精细化工固体催化剂和氢气存储等。研究成果在包括Science, Nature, Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., J Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等重要学术杂志发表论文300余篇，并获得国际天然气转化杰出成就奖、联合利华化学奖、壳牌公司专利奖等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/89226