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乙烯是工业生产聚乙烯等高分子的重要化工原料。通常,利用蒸汽裂化工艺生产的乙烯中含有约1%的乙炔。而微量的乙炔会导致下一步乙烯的聚合反应发生严重中毒。因此,如何选择性地将乙烯原料中少量的乙炔去除,是解决乙烯聚合催化剂中毒问题的关键。目前,最主要的途径是利用负载型钯(Pd)基催化剂将乙炔选择性加氢为乙烯。然而,研究发现使用单一的负载型Pd催化剂,虽然会将乙炔大量的转化,但选择性较低,会导致原料中的大量乙烯过度加氢生成不期望的乙烷。因此,如何进一步提高Pd基催化剂在乙炔选择性加氢反应的选择性是解决Pd基催化剂催化乙炔选择性加氢的关键。近期大量研究结果表明,由少层石墨烯与金属纳米粒子构建的限域体系,可以改变反应物分子在金属纳米粒子表面的吸脱附性能,因此本论文通过两步法设计与制备了在ZnO表面上的纳米石墨烯限域的PdZn合金催化剂(PdZn@C/ZnO),主要包括:以ZnO纳米线为载体,在ZnO纳米线表面构建的以PdZn合金催化剂为活性中心(PdZn/ZnO),通过在PdZn合金催化剂表面制备少层石墨烯实现石墨烯限域PdZn合金催化体系的构建。利用限域环境可以显著促进乙烯分子在PdZn合金表面的脱附,进而提高乙炔选择性加氢反应的选择性。本论文对Pd/ZnO、PdZn/ZnO以及PdZn@C/ZnO复合材料的制备、结构以及乙炔选择性加氢催化性能进行系统的研究,具体如下:(1)复合材料的制备与结构表征:首先,采用化学气相沉积的方法(简写为CVD法)制备ZnO纳米线;其次,通过沉积-沉淀法将Pd纳米粒子负载于ZnO载体表面,制备ZnO纳米线负载单Pd的材料(Pd/ZnO);再次,将Pd/ZnO催化剂在氢气高温下(400°C)进行还原制备ZnO纳米线负载的PdZn合金催化剂(PdZn/ZnO);最后,以乙苯为前驱体,利用CVD的方法在PdZn/ZnO催化剂表面生长少层石墨烯,制备石墨烯限域的PdZn合金催化剂(PdZn@C/ZnO)。对上述制备的Pd/ZnO、PdZn/ZnO以及PdZn@C/ZnO材料的结构采用TEM、XRD、Raman和XPS等进行表征。(2)复合材料的乙炔选择性加氢性能研究:对Pd/ZnO、PdZn/ZnO以及PdZn@C/ZnO复合材料的乙炔选择性加氢性能进行系统研究与对比。发现PdZn@C/ZnO催化剂在140°C表现出优异的性能:大于95%的乙炔转化率,大于90%的乙烯选择性,且在较宽的温度范围内(30-150°C),均表现出优异的乙烯选择性和稳定性。Pd/ZnO在30°C时具有极高的催化活性,然而随温度的升高,反应的选择性下降。PdZn/ZnO在30°C时乙烯选择性为89%,转化率较低;随着温度的升高,选择性持续下降。和PdZn/ZnO相比,PdZn@C/ZnO催化剂表现出较高乙烯选择性,主要来自少层石墨烯在PdZn合金表面构造的限域环境,可以促进乙烯分子从PdZn合金表面的快速脱附,进而避免乙烯分子在PdZn合金表面过度加氢生成乙烷。这一限域体系的构建为设计高选择性氢化催化剂提供了新的思路与理论指导。(3)复合材料体系的进一步拓展:以ZnO纳米颗粒(平均粒径为50 nm)为载体,利用两步法成功制备Pd/ZnO-50 nm、PdZn/ZnO-50 nm、PdZn@C/ZnO-50nm以及PdZn@C#/ZnO-50 nm催化剂,并系统考察上述催化剂的乙炔选择性加氢性能。发现在140°C下PdZn@C#/ZnO-50 nm表现出优异的性能(大于90%的乙炔转化率,大于90%的乙烯选择性),在较宽的反应温度范围内(30-150°C)对催化乙炔加氢制乙烯依旧保持较好的选择性和稳定性,进一步说明该方法具有普适性。