南京大学景亚轩、瞿晓磊研究团队报道了一种通过构筑Ru/TiO₂-CNT三元催化剂，协同调控金属-载体界面相容性与氢溢流通道，显著提升聚烯烃氢解效率的策略。该催化剂在温和条件下对多种聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）废塑料表现出优异的转化性能，液体烷烃产率分别可达80–90%和66–74%。结合原位光谱、同步辐射表征与理论计算，研究揭示：CNT增强的Ru-TiO₂界面相容性促进了高活性Ruᵟ⁺/Ru⁰对的形成；同时，CNT作为可逆氢溢流通道构建动态活性氢池，保障了C–C键断裂与中间体加氢脱附的协同进行。该工作为废弃聚烯烃的高效氢解提供了催化剂设计新思路与机理见解。
本文要点
要点1. 催化剂设计与结构：将Ru/TiO₂与CNT物理混合，形成Ru/TiO₂-CNT三元体系。表征显示CNT未改变Ru在TiO₂上的分散状态，但增强了Ru与TiO₂的界面相容性，提升了Ruᵟ⁺/Ru⁰界面位点密度，并增加了氧空位与Ti³⁺含量。要点2. 催化性能：在240 °C、3 MPa H₂条件下，Ru/TiO₂-CNT对模型PP的液体烷烃产率达85%，是Ru/TiO₂的3倍以上。该催化剂对8种实际PP废料（产率80.7–90.1%）和4种PE废料（产率66.7–74.6%）均表现出高效转化，并具有良好的循环稳定性。要点3. 氢溢流动与动态氢池：H₂-TPR、H₂-TPD、原位H₂-DRIFTS及WO₃变色实验证实CNT介导了从Ru到TiO₂远端位点的长程氢溢流。DFT计算表明，CNT显著降低H*从界面Ru位点向TiO₂迁移的能垒（从1.97 eV降至0.09 eV），并促进反向溢流，形成动态活性氢池。要点4. 协同催化机制：准原位TIR显示Ru/TiO₂-CNT对C–H键活化能力最强。原位Py-IR实验表明，氢溢流诱导生成热稳定的Brønsted酸位（Ti–OH），与Ruᵟ⁺/Ru⁰对协同促进C–C键断裂与加氢脱附。选择性毒化实验证实Brønsted酸位贡献了约12%的液体产率。Tao Guo, Shuo Zhang, Zhuangzhuang Lai, et al. Engineering Interfacial Compatibility and Dynamic Active Hydrogen Pools to Accelerate Polyolefin Hydrogenolysis, ACS Catal. (2026)
DOI: 10.1021/acscatal.6c00553
https://doi.org/10.1021/acscatal.6c00553
