唯“快”不“破”：Cu-N-C催化剂通过质子化诱导位点和场重建实现超快吸附脱硫

同时调节吸附热力学/动力学和位点密度以实现单原子材料的高效吸附能力对于吸附相关的催化、分离或纯化至关重要，但仍然具有挑战性。

近期，石河子大学黄超锋副教授和烟台大学朱明远教授等合作，以吸附脱硫为模型，报道了一种简单的质子化非配位pyridinic-N策略，通过阳离子-π和Cu-S相互作用，显著增强Cu-N-C对二苯并噻吩的吸附脱硫能力。吸附过程中，非配位pyridinic-NH⁺既作为吸附位点，又调节N的配体场，导致Cu-N-C的 d带中心偏移并促进了Cu-N键的拉伸，这有效增强了单原子Cu位点对有机硫的键合强度。与此同时，质子化作用重构了Cu-N-C吸附剂的局部正电场，加速了吸附位点附近富电子二苯并噻吩的传质和富集。这些促使Cu-N-C在吸附脱硫过程中所表现的吸附动力学参数比大多数报道的吸附剂高2-261倍，并且其能在70 s内使模型油中的有机硫含量降至10ppm以下，远超过我们之前报道的Fe-N-C吸附剂(~900 s, Chem. Eng. J., 2022, 430,132657)，体现了 Cu-N-C吸附剂的超快吸附脱硫性能。相关研究成果在《Chemical Engineer Journal》（中科院一区，IF=16.744）上发表，标题为“Protonation-induced site and field reconstruction for ultrafast adsorptive desulfurization over Cu–N–C”，(论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139391)。此工作得到国家自然科学基金和石河子大学高层次人才启动经费的支持。

示意图. Cu-N-C吸附剂对二苯并噻吩的快速吸附示意图

图1. Cu-N-C-800的形貌和理化表征

图2. Cu-N-C-800吸附脱硫活性评价与比较

图3. 质子化Cu-N-C-800和去质子化Cu-N-C-800*吸附剂的脱硫性能

图4. 质子化在位点调制和场重建中的评估

图5. 不同位点的吸附能的计算

作者简介：

黄超锋

(https://www.scholarmate.com/psnweb/homepage/show?des3PsnId=3yHxOhprlWu1JjmOG7VRAA%253D%253D&module=pub)，2019年毕业于东南大学化学化工学院，同年受聘于石河子大学化学化工学院，任副教授、硕士生导师。目前主要采用光/热/电/磁等手段，主要围绕: (1) 乙炔化工下游产品的绿色合成与转化研究，探索、开发低成本、高稳定性的催化活性成分、考察催化剂失活机理及催化剂再生、循环利用新方法；(2) 石油化学品中硫的吸附/氧化脱除，相关研究成果发表在Nat. Commun., Chem. Sci., Chem. Eng. J.等国际顶级期刊。