導讀

近期，清華大學化工系王鐵峰和藍曉程團隊在炔烴選擇加氫研究方面取得重要進展。研究團隊提出了高純相金屬間化合物催化劑的合成策略，針對濃乙炔加氫制乙烯開發了高性能金屬間化合物催化劑和液相加氫新工藝，進一步整合高濃度乙炔加氫技術和天然氣部分氧化制乙炔、氫甲酰化等技術，開發了以天然氣為原料制高附加值聚合單體產業鏈技術。

乙炔的選擇性加氫是石油化工中乙烯純化的關鍵反應，同時也是整合生物質、煤或天然氣制乙炔工藝，實現非石油路線制乙烯的潛在方法。王鐵峰和藍曉程團隊聯合哥倫比亞大學陳經廣教授在《化學會評論》（Chemical Society Reviews）期刊上發表長篇綜述論文《乙炔選擇性加氫熱催化反應最新研究進展》（Recent Advances in Thermocatalytic Acetylene Selective Hydrogenation），總結了近年來在乙炔選擇性加氫方面的催化劑開發和反應機理研究的進展。系統梳理了該反應體系對轉化率和選擇性的計算基準，重點以催化劑活性位點的結構形態為切入點，將活性位點的研究分為四類：單金屬位點、無序合金位點、有序金屬間化合物（IMC）位點和單原子（SA）位點。強調了催化劑結構與性能之間的關系，以及不同活性金屬在提升乙烯選擇性和催化活性所起的作用。此外，論文總結了催化劑載體和添加劑的影響機制，并對當前在機理理解和催化劑設計方面所面臨的挑戰及未來研究方向進行了深入討論，旨在為該領域的進一步創新提供指導。

圖1. 乙炔選擇性加氫催化劑設計策略

近年來，該團隊針對炔烴加氫體系開展了深入研究，取得了系列重要進展。為了抑制C-C偶聯副反應，提高乙烯選擇性和催化劑穩定，團隊提出了高純相金屬間化合物催化劑的合成策略，利用金屬間化合物原子有序排布的特點，調控活性金屬的電子性質和幾何結構，實現了高純相金屬間化合物的可控制備并顯著提升催化劑反應性能，相關成果相繼發表在《化學科學》（Chemical Science）和《ACS催化》（ACS Catalysis）等知名國際學術期刊上。針對以生物質、煤或天然氣為原料經乙炔制備乙烯的非石油路線，團隊攻克了原料氣中乙炔/一氧化碳濃度高等苛刻條件帶來的挑戰，結合團隊在漿態床反應器理論研究和工程放大方面的基礎，提出了乙炔制乙烯液相加氫新技術，相關成果相繼發表在《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）、《工業與工程化學研究》（IECR）和《碳未來》（Carbon Future）等知名國際學術期刊上。

圖2. 高純相金屬間化合物合成策略（左）和金屬間化合物電子結構（右）

團隊進一步整合高濃度乙炔加氫技術和天然氣部分氧化制乙炔、氫甲酰化等技術，開發了以天然氣為原料制高附加值聚合單體產業鏈技術。該產業鏈以天然氣為源頭，重點攻關以下關鍵技術：天然氣部分氧化制乙炔；高濃度乙炔選擇性加氫制乙烯；非均相烯烴氫甲酰化反應技術；氧化酯化連續化反應器技術。其中，天然氣部分氧化反應器和氧化酯化連續化反應器已實現萬噸級裝置的產業化。

圖3. 產業鏈技術（左）、天然氣部分氧化制乙炔（中）和氧化酯化連續化反應器（右）

《化學會評論》（Chemical Society Reviews）是英國皇家化學會旗下的綜述類學術期刊，2025年該期刊的影響因子為39，與美國化學會旗下的《化學評論》（Chemical Reviews）和《化學研究評述》（Accounts of Chemical Research）被公認為國際化學化工領域三大綜述期刊。綜述論文第一作者為化工系助理研究員藍曉程，通訊作者為化工系教授王鐵峰，哥倫比亞大學教授陳經廣為論文共同通訊作者。清華大學為論文第一完成單位。

相關研究得到了國家自然科學基金和相關合作企業的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D4CS01237B

來源：清華大學化學工程系