Amino Nests Boost Pd/SiO2 Single‐Atom Catalysts for Efficient Selective Semi‐Hydrogenation of Acetylene

乙炔 乙烯 催化作用 选择性 吸附 化学 分子 光化学 Atom(片上系统) 无机化学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Jingwang Zhang,Wang Wan,Jiawei Chen,Xiangbin Cai,Lini Yang,Mi Peng,Yue Wang,Yang Si,Feng Hong,Xiaowen Chen,Bo Sun,Jiangyong Diao,Jin Li,Guoqing Wang,Ding Ma,Hongyang Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (43): e202515937-e202515937
标识
DOI:10.1002/anie.202515937
摘要

Abstract The selective hydrogenation of acetylene to ethylene is a critical industrial process for purifying ethylene feedstocks. Palladium single‐atom catalysts (Pd SACs) exhibit exceptional ethylene selectivity in this hydrogenation reaction. However, their isolated active sites show limited ability to capture and adsorb trace acetylene molecules from ethylene‐rich streams, resulting in relatively low hydrogenation activity. To overcome this limitation, we designed Pd single‐atom catalyst on the SiO 2 surface modified with amino nests (Pd 1 /SiO 2 ‐NH 2 ). In this architecture, Pd single atoms are embedded within amino nests on the surface of SiO 2 ‐NH 2 support. Combined experimental and density functional theory (DFT) calculations reveal that amino nests selectively capture and adsorb acetylene molecules from ethylene‐rich streams, facilitating the key acetylene adsorption step. The Pd─N bonds formed between the amino nest and the Pd atom promote hydrogen activation. At 190 °C, the Pd 1 /SiO 2 ‐NH 2 catalyst achieves complete acetylene conversion with the ethylene selectivity of 92%. Remarkably, it delivers a specific activity of 1900.36 mol C2H2 −1 mol Pd −1 min −1 , surpassing all previously reported SACs. This work establishes an amino nest‐assisted design paradigm for single‐atom catalysts, enabling efficient, selective semi‐hydrogenation of acetylene.
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