【解读】Nat. Commun.：不对称双原子Ru-In设计实现乙炔氢氯化反应热力学调控

近日，由学院晏乃强教授领衔的上海交通大学大气污染控制团队（[email protected]）通过与浙江大学谢鹏飞研究员及石河子大学代斌教授研究团队合作， 共同在自然•通讯《Nat. Commun.》杂志在线发表了题为“Asymmetric Ru-In Atomic Pairs Promote Highly Active and Stable Acetylene Hydrochlorination”的研究成果 。由于国际《关于汞的水俣公约》对用汞行业的严苛限制，如何用无汞催化剂高效替代煤基（乙炔）聚氯乙烯（PVC）工艺中的含汞催化剂（行业常称“触媒”），已成为PVC行业最为关注的问题。该研究构建了一种 Ru-In 不对称的双原子催化剂，利用Ru原子和In原子间的d-p杂化效应， 实现Ru和Cl中间体相互作用从放热到吸热的热力学转变，由此降低了Cl配位来防止Ru原子过度氯化和焦炭沉积，实现了乙炔氢氯化的高稳定运行 。论文共同第一作者为2021级博士研究生范宇睿和徐浩淼副教授，通讯作者为徐浩淼副教授、么艳彩副教授、瞿赞研究员和浙江大学谢鹏飞研究员。论文第一作者及第一通讯单位均为上海交通大学环境科学与工程学院。

研究背景

乙炔的氢氯化反应是生产煤基氯乙烯单体（VCM）及PVC的关键工艺流程，该反应常以含汞碳基材料为催化剂。虽然煤基PVC仅占全球PVC总产量的35%左右，但其在国内产量占比却高达75%以上。由于国际《关于汞的水俣公约》对我国用汞行业的严苛限制，如何有效替代煤基PVC工艺中的含汞催化剂，已成为攸关我国PVC行业可持续性发展的关键问题。

传统的活性炭支撑的氯化汞催化剂因汞逃逸流失问题受到了公约严格使用限制，一些贵金属（如金、钯、钌等）无汞催化剂一直是研究的热点。钌（Ru）基催化剂因其出色的氯亲和性和灵活的活性位点结构备受研究青睐，但在反应过程中由于过度氯化等问题易引起金属聚集和焦炭沉积，导致其易失活、稳定性差。因此，如何合理设计具有高活性和稳定性能的Ru催化剂以实现乙炔的加氢氯化仍是一个巨大的挑战。

研究内容

基于对Ru催化剂的前期研究基础，常用的对称RuN ₄ /NC结构在乙炔氢氯化反应中存在严重的过度氯化问题，容易导致金属活性组分流失和积碳产生，能否打破几何RuN ₄ /NC的对称性并构建独特的不对称构型，或许是解决该问题的关键。