催化脫除冷鏈乙烯研究獲新進展
近日，華東理工大學資源與環境工程學院教授修光利團隊與日本東京都立大學教授村山徹團隊在長效催化脫除冷鏈乙烯領域取得突破，相關研究已在線發表于《自然-通訊》。
乙烯在催化劑表面選擇性氧化為乙酸示意。華東理工供圖
我國是果蔬生產及物流運輸大國。果蔬采摘后將持續釋放乙烯催熟劑，加速其成熟老化與品質劣變。已有研究表明，即使在冷鏈系統條件下（0°C至-4 °C），痕量乙烯也會催熟、老化新鮮蔬菜和水果。因此高效、持久的冷鏈環境痕量乙烯脫除研究非常重要。
室溫甚至更低溫度下高效脫除乙烯研究人員得到廣泛關注，但已報道催化劑在冷鏈條件下單次有效工作時間極短（少于3小時），無法滿足我國幅員遼闊的地域間果蔬產品運輸。
研究團隊通過理性分析乙烯低溫催化氧化過程，發現乙烯較難高效深度氧化為最終產物二氧化碳，而主要被轉化為乙醇、乙醛、乙酸等中間體形式沉積在催化劑表面。進一步結合各個中間體在冷鏈工況下的物態性質，研究人員推斷若可將乙烯選擇性氧化為乙酸這類固態的中間物，將有利于長時間暴露催化活性位點，從而大幅提升催化劑在冷鏈條件下的催化氧化乙烯穩定性。
基于此，研究團隊開發出可選擇性氧化乙烯為乙酸的AuPt合金納米簇高分散沉積含酸位點ZHM20催化劑，在線質譜證實該催化劑可生成乙酸產物。乙烯脫除實驗顯示，該催化劑在0 °C條件下乙烯脫除率高達80%并穩定超過40小時，遠超文獻最優報道，且該催化劑單次工作時間可達15天，并可通過熱處理方式使催化劑性能完全恢復。更為重要的是，研究團隊提出高效乙烯脫除催化劑的設計新策略，即利用特定工作溫度下乙烯轉化物種的物態性質，例如在0 °C下形成類固態的乙酸物種，從而提升催化劑的長效穩定性。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38686-0
