通过抑制乙炔的全加氢和低聚化，催化乙炔半加氢制得乙烯，一直以来都是聚乙烯工业中经济高效和环境友好性的去除痕量乙炔杂质的关键而又具有挑战性的一步。工业上最常用的催化剂是以Ag改性Pd为基础的。非贵金属Ni-Zn合金组合可替代贵金属Pd基催化剂。镍基催化剂作为一种潜在的替代催化剂，其合理的设计和原子调控对准确控制催化剂的吸附/脱附性能至关重要。金属催化剂的原子调控已成为提高产品选择性的一种有效而又具有挑战性的策略。为了合理设计和调节Ni-M催化剂，需要通过DFT计算来实现本质上依赖于Ni位点的吸附-脱附行为，以确定催化乙炔半加氢的Ni位点的独特构型。此外，考虑到金属催化乙炔加氢反应具有显著的结构敏感性，需要开发可控合成策略，以保证在添加其他金属组分(如Ga和in)时，Ni-M颗粒尺寸和Ni、M元素的原子有序排列不会发生明显变化。
有鉴于此，华东理工大学的段学志和清华大学的王定胜教授等人，提出了一种密度泛函理论(DFT)指导下的原子设计策略，以合成具有完全隔离的Ni位点的NiGa金属间催化剂，对乙炔半加氢反应表现出优异的催化性能。
本文要点
1）相对于Ni5Ga3金属间化合物和具有整体Ni位点的Ni催化剂，合成的具有完全隔离的Ni位点的NiGa金属间催化剂对乙炔半氢化反应表现出更加优异的催化性能。完全隔离的Ni位点不仅显示出优先的乙炔π-吸附，而且还增强了乙烯的解吸。
2）通过像差校正高分辨扫描电子显微镜和X射线吸收光谱测量，进一步确定了不同Ni位点的可控合成。实验结果也验证了这一预测，即NiGa金属间催化剂对乙烯的选择性显着提高，并抑制了积碳的形成。
总之，该工作证明了DFT指导的Ni-Ga催化剂的原子设计，并将Ni位点调节到完全分离的位置，是实现乙炔半加氢的有效策略，对于通过原子调节金属位点来合理设计高选择性且稳定的催化剂具有重要的借鉴意义。
参考文献：
Yueqiang Cao et al. Adsorption Site Regulation to Guide Atomic Design of Ni‐Ga Catalysts for Acetylene Semi‐hydrogenation. Angew., 2020.
DOI: 10.1002/anie.202004966
https://doi.org/10.1002/anie.202004966
