近日，我所催化基礎國家重點實驗室能源與環境小分子催化研究組（509組）鄧德會研究員和于良副研究員團隊，在水直接加氫乙炔制乙烯（WAHE）反應研究中取得新進展。團隊利用碳化鉬負載金（Au/α-MoC）催化劑實現了直接用水（H2O）作為氫源的乙炔加氫制乙烯新反應過程。相比于傳統氫氣（H2）加氫途徑，該過程直接利用廉價的H2O在更低的反應溫度（80oC）下進行加氫反應，提供了一條綠色、高效的乙炔加氫制乙烯新途徑。
乙烯（C2H4）是化學工業重要的基礎原料，目前主要通過石腦油裂解工藝生產。由于石油資源的過度消耗以及我國高的原油進口依存度，開發乙烯多元化生產路徑具有重要意義。結合我國“富煤貧油”的資源稟賦，通過煤制乙炔，再經乙炔加氫制乙烯，是替代傳統石油基乙烯生產路線的一種具有前景的途徑。然而，目前的乙炔加氫工藝通常需要在100至300oC的高溫下進行，能耗高。此外，傳統加氫過程消耗的H2也需要水煤氣變換（WGS）等高能耗的制備過程，產生的H2還需要后續的分離和提純等復雜工藝。因此，開發一種更經濟、高效的低能耗乙炔加氫制乙烯途徑具有重要意義。
鄧德會團隊長期致力于能源與環境小分子的催化轉化研究，前期在小分子催化轉化制高值化學品的研究上取得了系列進展（Nat. Catal.，2023；Nat. Synth.，2023；Nat. Catal.，2021；Nat. Commun.，2021；Nat. Commun.，2019）。在此基礎上，該團隊打破常規，繞開傳統的高成本H2加氫路徑，將廉價的H2O與WGS原料一氧化碳（CO）直接用于乙炔加氫反應，利用Au/α-MoC催化劑表面原位生成的活性氫物種，直接將乙炔高選擇性加氫到乙烯，在80oC下，實現了乙炔轉化率大于99%，乙烯選擇性大于83%。團隊通過原位譜學、動力學模擬和理論計算研究證實，Au團簇與α-MoC的界面是該反應的活性位點，H2O分子首先在界面Mo位點上解離生成羥基，羥基上的活潑氫可將乙炔高選擇性加氫到乙烯，而殘留的氧被界面處Au上吸附的CO還原移除，完成催化循環。該過程規避了基于H2的加氫路線中的先造H2、提純和再解離H2來加氫的高能耗復雜步驟，實現了直接利用豐富的H2O高活性、高選擇性加氫乙炔制乙烯新路徑。該工作也為開發非H2、低溫、高效加氫反應提供了新思路。
相關研究成果以“Acetylene hydrogenation to ethylene by water at low temperature on a Au/α-MoC catalyst”為題，發表在《自然—催化》（Nature Catalysis）上。該工作的第一作者是我所509組訪問學者黃瑞研究員和博士研究生夏梅涵。該工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院B類先導專項“功能納米系統的精準構筑原理與測量”等項目的資助。（文/圖 黃瑞、于良）
