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针对 Pd/C 催化剂在氢脱氯（HDC）中易团聚、活性位点被覆盖的问题，研究人员通过杂原子掺杂及 pH 调节对 Pd 基催化剂进行电子调制。发现小尺寸 Pd 颗粒（2.5 nm）及表面带正电的 Pd 位点使氟氯烷烃 HDC 活性（TOF 值）提升约 9 倍，为高效催化剂制备提供新策略。
氟氯烷烃作为一类对臭氧层破坏、温室效应显著且威胁人类健康的有害物质，其减排与转化一直是环境催化领域的难题。以 1,1,3 - 三氯三氟乙烷（F113）为例，其作为清洁领域的优良溶剂，因高全球变暖潜力被《蒙特利尔议定书》列为管控对象。催化氢脱氯（HDC）技术是将这类有害物质转化为高附加值物质的有效途径，例如 F113 脱氯后生成的氟氯烯烃和氟化烯烃，是具有化学惰性、耐候性等优异性能的含氟聚合物单体，广泛应用于航空航天、电子和医疗行业。然而，常用的 Pd/C 催化剂在反应中面临两大挑战：一是金属与碳载体相互作用弱，导致钯颗粒易团聚；二是反应中持续生成的酸性副产物（如 HCl）会毒化活性位点，覆盖钯表面，造成催化效率下降。传统碳载体即使含有含氧官能团，也会因强烈的 π-π 堆积和范德华力导致钯颗粒聚集，因此如何增强金属与载体的相互作用、调控钯颗粒尺寸成为提升催化性能的关键。
为解决上述问题，四川轻化工大学的研究人员开展了一系列研究。他们通过杂原子掺杂（氮掺杂）和基于载体等电点的 pH 调节电子诱导法，制备了高分散性碳负载钯催化剂，相关成果发表在《Fuel》。该研究为氟氯烷烃的高效转化提供了新的技术路径，对减少有害卤代烃排放、推动绿色催化技术发展具有重要意义。
研究中采用的主要关键技术方法包括：
- 湿浸渍法制备氮掺杂碳材料：将碳材料分散于水中，加入不同质量分数的氨水（5%、10%、15%、20%），干燥后在氮气氛围中 400℃煅烧 1 小时。
- 催化剂设计与表征：通过检测氮掺杂碳（NC）在不同 pH 下的 zeta 电位确定其等电点（PZC 为 8），利用静电吸附原理调节 pH 值控制钯离子吸附，实现钯颗粒尺寸调控。
催化剂制备与尺寸调控
通过湿浸渍法和氨水处理制备氮掺杂碳载体，结合 pH 调节（pH=3 时引入氯钯酸），利用载体表面羟基基团的质子化 / 去质子化特性（pH 高于 PZC 时带负电，低于时带正电），通过静电作用增强钯离子与载体的相互作用。表征结果显示，电子诱导处理后钯颗粒尺寸从 10.6 nm 显著减小至 2.5 nm，形成了更多具有高活性的边缘和顶点位点。
电子调制与催化活性提升
氮掺杂引入的杂原子与钯之间形成强相互作用：氮原子的 σ 型电子向钯的空 d 轨道捐赠，同时钯的 d 轨道电子向氮的 π* 反键轨道反馈，这种电子转移增强了金属 - 载体相互作用，使钯表面部分带正电荷（Pdδ+）。这种电子结构的改变与小尺寸钯颗粒协同作用，使氟氯烷烃的氢脱氯活性（TOF 值）提升约 9 倍，显著提高了催化效率。
结论与意义
该研究通过简单的杂原子掺杂和 pH 调节电子诱导法，成功实现了碳载体上钯颗粒的高分散性调控，解决了传统 Pd/C 催化剂易团聚、活性位点不足的问题。小尺寸钯颗粒（2.5 nm）提供的丰富活性边缘 / 顶点位点与载体诱导的表面正电荷钯位点（Pdδ+）协同作用，显著提升了氟氯烷烃的催化氢脱氯性能。这一策略为惰性载体上贵金属催化剂的制备提供了普适性方法，有望推动卤代烃转化、绿色化学合成等领域的发展，为减少有害污染物排放、实现高附加值化学品的绿色生产提供了新的技术支撑。研究结果表明，通过电子结构调控和颗粒尺寸优化，可高效提升贵金属催化剂的性能，为环境催化领域的实际应用奠定了理论与实验基础。
