浙江大学Science，这个团队近3年一年一篇Science！

从反应系统中有选择地、快速地去除产物H₂O一直是提高受水热力学和/或动力学限制的反应的催化性能的非常理想的途径。设计包含H₂O传导纳米通道的膜反应器可以改变反应平衡，但大规模制备无缺陷膜具有挑战性。催化剂表面的化学氢化可以通过加速水扩散来极大地促进反应，但在许多情况下，化学相互作用可能会改变催化剂表面的结构，甚至通过阻碍反应物分子的进入来阻断活性位点。

使水在催化剂表面快速扩散是一个有吸引力的替代方案。通过促进水分子在催化剂表面形成后快速解吸，如*H₂O ⇌ * + H₂O（*表示催化剂表面位点），水的吸附平衡发生了变化，这样有望大大提升反应速率。

浙江大学肖丰收教授、王亮研究员和中国科学院精密测量科学与技术创新研究院郑安民研究员等人合作在Science上发表文章，Physical mixing of a catalyst and a hydrophobic polymer promotes CO hydrogenation through dehydration。

他们发现，将疏水性聚二乙烯基苯（PDVB）与碳化钴锰（CoMnC）的简单物理混合可以调节局域的催化剂环境，以便在合成气转换中快速运输生成的水。通过将催化剂与疏水聚合物混合，将轻烯烃生产率提高了3.4倍，CO转化率提升一倍。机理研究表明，在CO氢化形成的H₂O可以迅速从催化剂表面解吸，这避免了与CO的竞争性吸附，这是反应过程中的关键一步。

作者通过共沉淀和碳化程序制备了CoMnC催化剂。在给定反应条件下的合成气转换中（H₂/CO为2，1800 ml g_CoMnC^-1 h^-1，0.1 MPa，250°C），CoMnC催化剂的CO转化率为32.2%，轻烯烃的选择性（C₂⁼到C₄⁼)为60.8%）。在最初的尝试中，作者将CoMnC催化剂与PDVB（水滴接触角145°，形态不规则，表面积<5 m²/g）物理混合。这种疏水聚合物具有化学惰性的表面和良好的热稳定性。与等效反应条件下的CoMnC催化剂相比，混合催化剂称为CoMnC/PDVB，大大提高了CO转化率（63.5%）和对轻烯烃的选择性（71.4%）。关于C₅₊副产品，戊烯和己烯的比例分别为50.3%和26.0%；这些是生产高性能聚合物和贵重化学品的理想产品。

在连续反应测试中使用CoMnC/PDVB催化剂来评估耐用性。激活约15小时后，CO转换在稳定状态下保持恒定，平均值约为64.7%。即使在反应120小时后，CO转换也保持在62.8%，具有稳定的CoMnC和PDVB成分，这证实了CoMnC/PDVB的良好耐用性。

这种方法可用于升级工业催化过程，而无需修改催化剂本身。

值得说明的是，近三年来，肖丰收团队在Science上不断取得丰收，2020年和2021年也各发了一篇Science！

图1. 合成气生产轻烯烃的催化数据

图2. 不同物理混合方法对催化剂耐久性的影响

图3. PDVB优化的水吸附

图4. 理论模拟

Fang et al, Physical mixing of a catalyst and a hydrophobic polymer promotes CO hydrogenation through dehydration. Science 377, 406-410 (2022).

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo0356