近日，華南師范大學化學學院蘭亞乾團隊以“Hydrogen-localization Transfer Regulation in 3D COFs Enhances Photocatalytic Acetylene Semi-hydrogenation to Ethylene”為題，在國際化學頂級期刊Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表了最新研究進展，首次報道了通過合理調控三維共價有機框架材料（3D COFs）中的金屬活性位點和局域氫轉移效應實現高效光催化乙炔半加氫制乙烯。研究生黃沛、楊明意為共同第一作者，蘭亞乾教授、路猛研究員和張蜜副研究員為通訊作者，我校為唯一完成單位。

乙烯（C2H4）是生產聚乙烯的主要化學品，每年消耗量超過 1.85 億噸。大部分工業(yè)原料 C2H4 來自石油的蒸汽裂解， 盡管如此，這樣制成的 C2H4 不可避免地含有約 0.5-3 vol.% 的乙炔（C2H2）雜質，當將 C2H4 聚合成聚乙烯時，這些雜質會毒害齊格勒-納塔催化劑。因此，在塑料生產之前，必須除去原料 C2H4 中的 C2H2 以滿足聚合物級 C2H4 的要求。一種有吸引力的策略是將 C2H2 原位半加氫為 C2H4，然而，目前工業(yè)上的C2H2半加氫工藝主要基于熱催化乙炔加氫（TAH）工藝（C2H2 + H2 → C2H4），其過程存在反應溫度和壓力高、使用不可再生的化石燃料作為能源以及氫氣消耗過多等諸多復雜問題尚未解決，從而導致成本高昂。因此，有必要開發(fā)更綠色、更節(jié)能、更經濟的方法來實現溫和條件下的C2H2加氫。

基于此，團隊設計了一系列基于[8+4]結構的晶態(tài)三維共價有機框架（3D COFs）。通過調控這些3D COFs中的金屬活性位點和局域氫轉移效應，成功實現了高效光催化乙炔（C2H2）加氫制乙烯（C2H4）。其中，含有鈷乙醛肟活性中心和局域氫轉移效應的Cz-Co-COF-H在純C2H2中C2H4平均產率為1755.33 μmol g-1 h-1，在含1% C2H2的粗C2H4混合物中（工業(yè)條件）C2H2轉化率接近100％，最終得到聚合物級C2H4。大量的實驗結合理論計算表明Cz-Co-COF-H中合適的底物吸附和局域氫轉移效應協(xié)同促進了乙炔到乙烯的轉化。這項工作為C2H2加氫制C2H4的高效光催化劑的合理設計和開發(fā)提供了新的見解。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202423091

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