近日，我校EON4娱乐修光利教授團隊與東京都立大學村山徹（Toru Murayama）教授團隊在長效催化脫除冷鏈乙烯領域取得突破，相關研究成果以“Selective formation of acetate intermediate prolongs robust ethylene removal at 0 °C for 15 days”為題在線發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊👼🏽。

        我國是果蔬生產及物流運輸大國。果蔬采摘後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🧛🏿‍♂️，即使在冷鏈系統的低溫條件下（0-4 °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方法和技術的研究至關重要。

        催化氧化方法得到研究人員的廣泛關註🕍，因其可在室溫甚至更低溫度下高效脫除乙烯，但已報道催化劑在冷鏈條件下單次有效工作時間極短（少於3小時）💐，無法滿足我國幅員遼闊的地域間果蔬產品運輸，亟需開發可長時間催化脫除冷鏈痕量乙烯的高效催化劑，從而促進催化脫除冷鏈乙烯技術走向現實應用🫛。

        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礦下的物態性質🥪，推斷若可將乙烯選擇性氧化為乙酸這一在0-4 °C溫度區間內為類固態的中間體物種，將有利於長時間暴露催化活性位點（圖1a）👩🏼‍🍼，從而有望大幅提升催化劑在冷鏈條件下的催化氧化乙烯穩定性。

        基於此，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（圖1b）✡︎，在線質譜證實該催化劑可生成乙酸產物（圖1c）🌂。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%並穩定超過40小時（圖2a）🧖🏻，遠超文獻最優報道（圖2b）。且該催化劑單次工作時間可達15天（360小時）💟，且可通過熱處理方式使催化劑性能完全恢復（圖2c）。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🧑🏼‍🦳。

        該研究工作第一作者是我校資環EON4青年教師林明月，其長期致力於空氣汙染物低溫催化氧化領域的應用基礎研究，創新溶膠固載方法突破金屬納米簇與固體酸因表面靜電排斥而難以有效復合的難題💃，創製多種金屬納米簇高分散🦥、高載量沉積固體酸催化劑，實現在常溫及低溫下高效催化氧化有限空間內多種空氣汙染物（如惡臭氨氣與硫化氫、有毒氣體一氧化碳、冷鏈乙烯等）為無害物質，研發催化凈化整體原型裝置並驗證其有效性🤭。修光利教授和村山徹教授為共同通訊作者，我校為第一單位㊙️。該工作得到國家重點研發計劃、上海市海外高層次人才引進計劃等的資助。

        全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38686-0

圖1、（a）乙烯在催化劑表面選擇性氧化為乙酸示意圖，（b）催化劑電鏡照片及元素掃描圖譜✋🏿，（c）在線質譜檢測產物為乙酸

圖2、合金納米簇/ZHM20催化劑（a）在不同溫度下的乙烯脫除效率👸🏼，（b）與文獻報道催化劑的性能對比，（c）長時間穩定性以及再活化測試