乙烯作为年产量超2亿吨的大宗化学品，广泛应用于聚烯烃工业。目前乙烯主要来源于石脑油蒸汽裂解工艺。该工艺所得的富乙烯原料气中含有少量的乙炔（0.5-3%）杂质会严重毒化下游乙烯聚合的Ziegler-Natta催化剂，导致催化剂寿命以及产品质量降低。工业上主要是通过乙炔半加氢工艺对富乙烯原料气进行净化，脱除乙炔。然而，由于乙烯过度加氢生产乙烷在热力学上更具优势，导致乙炔半加氢反应表现出高活性和高乙烯选择性难以兼得。目前，金属Pd纳米颗粒催化剂虽具有优异的乙炔加氢活性，但乙烯选择性极差，原料气中乙烯被大量消耗生成廉价的乙烷。金属Pd单原子催化剂由于活性位点的孤立分散，展现了优异的乙烯选择性；但是由于偏氧化态的Pd单原子上氢气解离活化能力较差，同时由于反应物分子间的竞争吸附，导致金属Pd单原子上乙炔半加氢的活性低。因此，开发高活性高选择性的乙炔半加氢催化剂仍面临巨大挑战。

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心刘洪阳研究员、特别研究助理洪峰博士与北京大学马丁院士团队、重庆大学孙耿副教授团队合作，成功在富缺陷石墨烯载体（ND@G）上构建了原子级分散的Pd₂双原子催化剂（Pd₂/ND@G），实现了高效的乙炔半加氢反应性能，为设计高性能加氢催化剂提供了新的思路。该成果发表于期刊《Nature Communication》（https://www.nature.com/articles/s41467-026-70107-w）。

研究团队基于羧酸钯盐分散性的溶剂依赖效应，在富缺陷石墨烯载体表面成功构筑了金属Pd₂双原子活性位点。Pd₂双原子在100 ^oC下能够实现乙炔的完全转化，乙烯选择性高达93.2%，并且在长达100 h的稳定性测试中未有失活的现象。基于同步辐射、程序升温实验、H₂-D₂交换反应以及同位素标记实验，研究团队揭示Pd₂双原子位点通过增强的金属性和Pd₂位点中双原子之间的协同作用，能够实现乙炔、氢气的高效共活化，同时保持对乙烯的物理吸附，突破了乙炔半加氢反应中反应物分子间的竞争吸附以及吸附能线性标度关系的对反应活性-选择性的制约，获得了高效的乙炔半加氢反应性，为设计低成本、高效的亚纳米尺度原子级分散金属加氢催化剂提供了新的思路。

以上工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家高层次人才项目、中国科学院引进人才计划项目、中国科学院大科学装置建制化项目与中国石化、中国中化、中国华电等企业合作项目提供的支持，以及上海同步辐射光源、北京同步辐射光源的大力支持。

图1.催化剂结构表征。（a）合成示意图, （b-f）HAADF-STEM图像及相应的线性强度分析，（h）Pd K-边进步吸收谱，（i-h）Pd扩展边光谱及其拟合。

图2. 乙炔半加氢反应性能。（a）反应活性，（b）乙烯选择性，（c）长时间稳定性，（d）转化频率和时空收率，（e）比活性对比，（f）动力学活化能。

图3. DFT计算。

图4. Pd₂/ND@G催化乙炔半加氢反应示意图。