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一氧化碳是一种让人谈虎色变的“无形杀手”——中毒后将危及生命。事实上，不仅人怕一氧化碳，工业上用的催化剂也怕它。微量一氧化碳导致贵金属催化剂“中毒”，多年来一直困扰着化学工程界。
最近，《自然—纳米科技》杂志发表新研究成果称，一种新型铂—碳化钼双功能加氢催化剂，能避免一氧化碳“中毒”现象发生。该研究成果由北京大学化学与分子工程学院教授马丁课题组、中国科学院大学物理科学学院研究员周武课题组与中科院山西煤炭化学研究所研究员温晓东课题组合作完成。
催化剂中毒
在石油炼制以及一些高附加值化学品制备过程中，加氢反应用途广泛。在催化剂的作用下，石油中的不饱和烃通入氢气后，使烯烃全部饱和、芳烃部分饱和，可以提高油品的质量。例如，我们日常喝的咖啡、吃的蛋糕中的人造奶油，就是由棕榈油等植物油催化加氢制成。
然而，理想很丰满，现实却很骨感。用煤炭、天然气等工业燃料制备的氢气中，难免会携带一些含碳杂质。其中一氧化碳最致命，一丁点就会使理想中的加氢反应立刻“卡壳”。
周武解释，一氧化碳吸附在贵金属催化剂上，使催化剂的活性下降，甚至完全失去加氢活性。“特别是在100摄氏度以下的低温环境下，浓度百万分之一百至一千（100~1000ppm）的一氧化碳就能让催化剂失活。”
十多年前，原石家庄炼油厂从国外引进了一套价值3亿元的苯甲酸加氢生产工艺。开工不久，这位“洋先生”频频中毒罢工，每年给生产厂家增加两三千万元成本。中国石化石油化工科学研究院教授宗保宁在一次学术交流中讲述了这个故事。
“一氧化碳导致催化剂中毒已困扰化学工程界多年。”宗保宁说，“目前我们只能通过把一氧化碳转化为甲烷等方式来减少中毒现象发生，无法从根本上彻底解决这一难题。”
给催化剂找“朋友”
幸运的是，宗保宁的故事被有心人马丁和周武等人记在了心里。最常用的加氢反应催化剂金属铂成为他们思考的起点，他们开始琢磨：是否有一种物质可以同时满足与铂紧密连接并且“分担”其对一氧化碳吸附力这两个条件？
“如果能把这两个性质结合在一起，或许我们就能发现一种‘防中毒’的常用催化剂了！”周武告诉《中国科学报》。
那么，这个“朋友”是谁呢？
新研究成果的发现，无意中也帮助他们发现了铂—碳化钼催化剂对一氧化碳的弱吸附作用。马丁解释：“碳化钼可以使铂变得不再是‘铂’——因为原来的铂很怕一氧化碳中毒，但经过碳化钼基底几何结构和电子结构的调控，现在的‘铂’和一氧化碳的相互作用就会变得很弱；而同时，铂还是‘铂’，因为它独特的加氢性能得到保持。”
在经历一次又一次的失败，并且克服了均一性等难题后，课题组最终在实验室成功制备“铂—碳化钼双功能催化剂”。
从实验室到工厂距离仍远
实验结果显示，该新型催化剂使得加氢反应中直接使用粗氢作氢源成为可能，提高了原料利用率和有效产物比例，降低了生产成本。
“它的制作方法非常简单。由于铂和碳化钼之间的高亲和力，只靠简单的浸制法一直碾磨，铂原子就会慢慢呈原子级状态分散在碳化钼载体上。此外，这种催化剂失活后可以利用简单的还原反应等，去除表面有机物污染后再次使用。”周武表示。
对这一研究成果，宗保宁表示：“该研究为我们提供了抗一氧化碳中毒贵金属催化剂新的理论和知识，是新型催化剂和新技术的增长点，有潜在的应用价值。但该项技术目前仍属于理论上的新技术，距离产业化生产还有很长的一段路要走。”
未来，周武课题组将进一步探究铂和碳化钼之间强相互作用力的微观结构原因，马丁课题组也会继续推广铂—碳化钼新体系，寻找其他更多避免一氧化碳毒化的新的应用场景。