催化加氢工艺在炼油和石油化学中发挥着重要作用。新型金属纳米体系的设计及其载体、组成和结构的优化是提高催化剂效率的一个有前景的策略。介孔载体通过将活性成分结合到表面来影响活性成分，这导致形成高度分散的微小催化颗粒，并通过聚集稳定下来，最大限度地减少浸出。载体的结构和酸性特性至关重要，并决定了活性金属相的大小和分散性。目前，研究工作转向纳米级多孔材料的设计，其中均相催化剂被非均相催化剂取代。陶瓷材料，例如 50 nm 直径的天然埃洛石纳米管，是一种非常有潜力的载体。埃洛石粘土之所以备受关注，是因为其管状结构具有直径为 10-15 nm 的中空内腔、结构特征以及内外表面不同的化学成分，从而允许选择性的纳米管改性。在埃洛石中加入金属颗粒或将它们放置在管道外可以提供稳定和高效的介孔催化剂。这种丰富的纳米粘土的低成本使其成为核壳型催化剂结构设计的良好选择，该催化剂包含位于管状载体内部或外部的活性金属位点(Au, Ag, Pt, Ru, Co, Mo, Fe₂O₃, CdS, CdZnS, Cu-Ni)。

有鉴于此，路易斯安那理工大学Yuri Lvov和俄罗斯石油天然气大学Aleksandr Glotov等人，综述了用于催化加氢的埃洛石基复合材料的进展，重点介绍了金属颗粒的选择性结合。分析了管的形态调整和尺寸选择、原始和改性埃洛石的理化性质（例如，酸蚀刻或硅烷化）、金属簇形成的方法及其定位。基于这种安全、天然的粘土材料，为稳定、高效的纳米催化剂的结构设计提出了有前景的路线。

本文要点

1）埃洛石是一种铝硅酸盐，可以调整其结构和化学性质。这种管状纳米粘土具有 SiO₂外表面和Al₂O₃内表面。埃洛石纳米管必须被用作设计先进无机-有机杂化材料的模板，用作均相和多相催化的催化载体。由于其独特的化学性质，其外表面和内表面带有不同的电荷，从而能够将官能团选择性地固定在埃洛石内表面或外表面。官能团可以被放置在适当的表面，允许控制催化剂的选择性。

2）金属纳米颗粒在核壳结构中的纳米粘土封装可防止它们在 400-500℃的高温下聚集。这些材料作为氢化催化剂的组成部分，可以通过离子液体和悬浮纳米粒子修饰纳米管来实现反应物和分子扩散控制。设计选择性催化剂的一个有吸引力的方法是通过树枝状聚合物或胺对埃洛石表面进行改性。选择性胺官能团允许金属纳米粒子与其选择性内部/外部定位的强锚定。它为在稳定的多相催化剂上将合成气有效地多相转化为具有附加值的化学品提供了基础。埃洛石系统在甲烷干重整和费托合成方面的催化性能使得串联过程能够在单一类型的催化剂上从甲烷和二氧化碳中生产附加值高的化学品或碳氢燃料。

参考文献：

Aleksandr Glotov et al. Clay nanotube-metal core/shell catalysts for hydroprocesses. Chem. Soc. Rev., 2021.

DOI: 10.1039/D1CS00502B

https://doi.org/10.1039/D1CS00502B