高分散且催化性能穩(wěn)定的單金屬原子多相催化劑最近受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。然而，在實(shí)際催化反應(yīng)條件下，這類催化劑的活性物種/中心仍存在易聚集或流失的突出問(wèn)題。如超高分散的Au基催化劑盡管在許多重要的催化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但在特定反應(yīng)條件下的穩(wěn)定性仍有待提升。

廈門(mén)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院袁友珠教授與牛津大學(xué)化學(xué)系Wolfson催化研究中心Edman Tsang教授通過(guò)國(guó)際合作研究，在煤基乙炔氫氯化高性能Au基催化劑的研究取得重要進(jìn)展。

催化乙炔氫氯化反應(yīng)是富煤區(qū)域生產(chǎn)氯乙烯單體（VCM）的關(guān)鍵過(guò)程，目前工業(yè)過(guò)程仍采用氯化汞（HgCl₂）作為催化劑，而國(guó)際《水俁公約》要求控制和減少汞（Hg）排放，因此迫切需要開(kāi)發(fā)一種實(shí)用有效的催化劑來(lái)取代汞基催化劑。

袁友珠教授課題組前期研究（Chem. Sci. 2016, 7, 3181-3189; J. Rare Earths, 2017, 35, 1083-1091; Chin. J. Catal. 2016, 37, 1794-1803）和已有文獻(xiàn)表明，Au(I)/Au(III)活性位點(diǎn)的循環(huán)轉(zhuǎn)變被認(rèn)為是Au基催化劑表面乙炔氫氯化的催化基元反應(yīng)，但Au催化劑表面活性Au(I)/Au(III)物種易被過(guò)度還原為非活性的Au(0)而不可逆失活。

該研究首次發(fā)現(xiàn)CeO₂(110)晶面可將Au(0)/Au(I)物種活化回具有催化活性的循環(huán)活性位點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，普遍認(rèn)為的非活性的Au(0)并非乙炔氫氯化催化過(guò)程的旁觀者，而是直接參與乙炔氫氯化催化循環(huán)。

CeO₂(110)晶面上的Ce(IV)/Ce(III)的氧化還原對(duì)作為媒介，可以提供將Au(0)物種快速氧化成Au(I)活性位點(diǎn)所需的電子，最終實(shí)現(xiàn)高活性和高穩(wěn)定性的乙炔氫氯化Au基催化劑；

在乙炔氫氯化工業(yè)反應(yīng)條件下Au/CeO₂@AC催化劑壽命突破3000小時(shí)，相關(guān)結(jié)果已申請(qǐng)中國(guó)專利（201610638943.6和201711463790.7）。

理論計(jì)算和實(shí)際催化活性的對(duì)比

該研究工作在袁友珠教授和牛津大學(xué)Edman Tsang教授共同指導(dǎo)下完成，牛津大學(xué)博士后葉林和博士生Simson Wu（共同第一作者）完成相關(guān)原位表征、同步輻射和模擬計(jì)算等工作，廈門(mén)大學(xué)醇醚酯國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室段新平工程師（共同第一作者）完成催化劑設(shè)計(jì)、制備、性能測(cè)試等工作。

袁友珠教授課題組與牛津大學(xué)Edman Tsang教授通過(guò)雙方人員的互派，在C-O鍵催化重組、CO₂吸附/催化加氫和乙炔氫氯化等領(lǐng)域開(kāi)展了多年實(shí)質(zhì)性的國(guó)際合作研究，取得一系列重要進(jìn)展（Chem. Eng. J. 2012, 185/186, 374；Chem. Asian J. 2012, 7, 498；Appl. Catal. A: Gen. 2015, 505, 344；Chem. Commun. 2016, 52, 2569；Sci. Rep. 2016, 6, 20527；Catal. Sci. Technol. 2016, 6, 7698；Green Chem. 2017, 19, 270）。

Ye L, Duan X, Wu S, et al. Self-regeneration of Au/CeO_2?based catalysts with enhanced activity and ultra-stability for acetylene hydrochlorination[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 914.