BNC界面限域与离子液体层间调控的Ru催化剂在乙炔氢氯化反应中的高效催化机制

为解决乙炔氢氯化反应(AHR)中汞基催化剂毒性问题，研究人员开发了B/N共掺杂碳(BNC)负载RuCl3催化剂，并引入离子液体TEAB进行电子调控。该催化剂在170°C和360 h?1 GHSV条件下实现96.1%的乙炔转化率，显著优于传统Ru/C催化剂，同时展现出优异稳定性。该研究为绿色替代HgCl2提供了新策略。

　　

聚氯乙烯(PVC)作为全球第三大合成聚合物，年产能超过2660万吨，其核心原料氯乙烯单体的生产高度依赖乙炔氢氯化反应(AHR)。当前工业中使用的HgCl₂催化剂存在严重环境和健康风险，尤其在煤炭资源丰富的中国和印度。虽然Ru基催化剂因其独特的d轨道电子结构被视为潜在替代品，但传统Ru/C催化剂存在活性不足(仅16.5%转化率)和稳定性差等问题，亟需突破性改进。

中国科学院的研究团队创新性地提出"界面-层间双重电子调控"策略：采用硼氮共掺杂碳材料(BNC)作为载体，通过B/N原子协同作用产生极化表面，实现对RuCl₃活性中心的底层电子调控；同时引入离子液体四乙基溴化铵(TEAB)作为层间电子调节剂，形成全方位电子修饰体系。通过X射线光电子能谱(XPS)和同步辐射等表征技术证实，该设计可显著改变Ru的3d轨道电子密度，优化反应物吸附能。

材料与方法
研究采用水热法制备BNC载体，通过浸渍法负载RuCl₃，并引入TEAB进行改性。催化性能测试在固定床反应器中进行，反应条件为170°C、C₂H₂空速360 h^?1。采用X射线吸收精细结构谱(EXAFS)分析局部配位环境，结合密度泛函理论(DFT)计算电子结构变化。

催化性能
相较于传统Ru/C(16.5%)和单一N掺杂Ru/NC(58.1%)，Ru-TEAB/BNC催化剂实现96.1%的乙炔转化率，且连续运行20小时无失活。动力学分析显示其表观活化能降低42%，证实电子调控有效促进C≡C键活化。

机理研究
BNC载体中的B-N-C配位结构可增强HCl化学吸附，促进Ru³⁺/Ruⁿ⁺循环再生；TEAB的Br^?通过与Ru的配位作用进一步优化电子转移路径。原位红外光谱观察到反应中间体C₂H₃Cl吸附构型改变，证实协同调控机制。

该研究发表于《Applied Surface Science》，通过构建"载体-离子液体-活性中心"三级调控体系，不仅实现近工业级催化效率，更创立了非贵金属催化剂设计新范式。其创新性在于：首次揭示B/N共掺杂碳对Ru物种的电子锚定效应；开创离子液体在气固相催化中的电子桥梁作用。这项成果为PVC行业的绿色转型提供了关键技术支撑，对实现"汞公约"减排目标具有重要实践意义。