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乙炔氫氯化是聚氯乙烯制造的關鍵工業過程，幾十年來，碳一直是乙炔氫氯化反應的常用載體。然而，由于碳和金屬納米結構之間復雜的相互作用，迄今為止還沒有明確的制備標準。

蘇黎世聯邦理工大學Javier Pérez-Ramírez教授團隊通過系統地改變碳的孔結構和表面功能化，同時保留活性金屬位點，解析了碳在Pt基、Ru基和Au基加氫催化劑的活性和穩定性中的作用，并得出了最佳碳載體設計的描述符。

在此基礎上，作者開發出了一種Pt單原子催化劑，與最先進的催化劑體系相比，該催化劑在兩倍加速失活條件下具有穩定的催化性能，標志著朝著可持續PVC生產邁出了關鍵一步。

圖1.?Pt/C催化乙炔氫氯化反應活性描述符

對比不同碳載體負載的Pt的催化性能發現，碳的孔結構明顯影響了催化活性。對比化學吸附實驗，無活性的催化劑在30 oC時具有適中的反應物吸附量，但是在200 oC的反應溫度時吸附量很低，表明與高活性催化劑相比其與乙炔的相互作用強度較弱，因此最小乙炔吸附量是關鍵的活性描述符，乙炔吸附能力又和可接近的微孔孔體積相關。

作者通過球磨無活性的Pt/CeO₂和AC制備了有活性的Pt/CeO₂-AC催化劑，該催化劑中Pt從CeO₂向AC遷移，形成了AC負載的Pt活性位點，AC具有更好的乙炔吸附能力，因此證明通過提升乙炔吸附能力可以提升催化活性。

隨著反應進行，積碳形成導致微孔孔體積降低，進而削弱乙炔吸附能力、導致催化活性降低。結焦率和微孔堵塞率與酸性氧基團的密度密切相關，因此酸性氧基團的密度是穩定性的描述符。總的來說，以上結果表明碳載體的活性和穩定性分別為：較大的可接近的微孔孔體積（孔徑大于0.7 nm）和較低的酸性氧基團密度。

圖2. Pt/C催化乙炔氫氯化反應穩定性描述符

Design of Carbon Supports for Metal-Catalyzed Acetylene Hydrochlorination. Nat. Commun. 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24330-2.

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Nat. Commun.: 乙炔氫氯化金屬催化劑碳載體的設計

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