碳纳米管负载Pd-Co3O4界面活性位点协同调控及其高效催化乙炔双羰基化反应研究

为解决Pd基催化剂在乙炔双羰基化反应中活性低、稳定性差及CO与C2H2竞争吸附等问题，研究人员通过构建HCNT负载的Pd-Co3O4纳米界面活性位点，实现电子转移与吸附位点分离。该催化剂转化率达97.4%，选择性96.8%，稳定性提升12倍，为多分子协同催化提供了新策略。

　　

乙炔作为最简单的炔烃，是化工领域重要的基础原料，但其高活性与易燃性使得催化转化面临巨大挑战。在乙炔双羰基化反应中，传统均相Pd催化剂易因Pd²⁺还原为Pd⁰而失活，且CO与C₂H₂在单一活性位点的竞争吸附严重制约反应效率。尽管已有研究尝试通过调控Pd晶面或构建单原子催化剂优化性能，但活性与稳定性的矛盾始终未能突破。

兰州大学（根据基金项目推断）的研究团队独辟蹊径，利用碳纳米管（CNT）表面含氧官能团锚定1.36 nm Co₃O₄纳米岛与3.64 nm Pd颗粒，成功构建了具有强界面相互作用的Pd_1.5-Co_1.5/HCNT催化剂。该研究通过X射线衍射（XRD）、球差校正电镜（HAADF-STEM）等技术证实了Pd→Co₃O₄的电子转移，原位红外光谱（DRIFTS）揭示了CO与C₂H₂在不同活性位点的选择性吸附机制。相关成果发表于《Surfaces and Interfaces》。

关键技术方法
采用硝酸氧化法制备含氧官能团修饰的HCNT载体，通过两步浸渍法依次负载Co₃O₄纳米岛与Pd颗粒。结合X射线光电子能谱（XPS）分析价态变化，利用程序升温脱附（TPD）量化吸附强度，并通过12次循环实验验证稳定性。

研究结果

1. 催化剂结构表征
   HAADF-STEM显示Pd与Co₃O₄形成紧密接触界面，XPS证实Pd²⁺占比提升至78.6%，电子转移使Pd d带中心下移1.2 eV。

2. 吸附性能调控
   TPD证明Co₃O₄优先吸附CO（吸附热降低34 kJ/mol），而Pd位点对C₂H₂吸附量提升2.3倍，实现反应物空间分离。

3. 催化性能突破
   在80°C、2 MPa条件下，催化剂转化率较传统Pd纳米颗粒提升19.7倍，DMM（富马酸二甲酯）选择性达96.8%，12次循环后活性仅衰减4.2%。

结论与意义
该研究通过纳米尺度界面工程，首次实现了乙炔双羰基化反应中活性位点的精准分离与协同。Pd-Co₃O₄界面不仅稳定了Pd²⁺活性物种，更通过电子效应调变吸附性能，为多相催化中多分子竞争吸附难题提供了普适性解决方案。基金项目显示该成果获甘肃省科技计划（25JRRA899）等支持，对C1化学与绿色化工发展具有重要推动意义。