油品中硫化物的存在会导致原油精炼和精细化学品制造过程中的催化剂失活、管道腐蚀等问题，导致严重的经济损失。此外，燃油燃烧所产生的SOx对人类健康和生存环境构成巨大威胁。目前，世界主要经济体对油品硫含量的限制日趋严格，旨在逐步实现“零硫”目标。因此，油品选择性加氢脱硫过程是非常重要的化工过程，在清洁能源转化、环境保护和人类健康等方面均具有十分重要的战略价值。然而，现阶段油品脱硫的瓶颈在于如何实现大规模、低氢耗的超深度脱硫（仅C-S键断裂脱除）。其中二苯并噻吩类含硫化合物的脱除最具挑战性。
基于此，大连理工大学梁长海教授团队近期针对二苯并噻吩类化合物的脱硫机理进行系统研究。研究过程首次采用Pt/ZnO反应吸附剂，实现二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩在常压低氢耗量条件下直接脱硫路径（脱硫率高达99.9%），为常压超深度反应吸附脱硫剂的开发提供新思路。相关工作于近日以题为“C-S cleavage of dibenzothiophenes with or without steric hindrance by the interface between PtSxand ZnO”的研究性论文在Chemical Engineering Journal期刊上发表。
该研究工作主要从Pt/ZnO反应吸附剂中金属活性中心的吸附方式、空间位阻对二苯并噻吩类化合物的脱硫效率、Pt/ZnO在脱硫过程中的结构演变、活性中心上的硫沉积/吸附等方面进行研究。研究结果表明，采用Pt中心，二苯并噻吩的吸附构型发生转变，以σ型优先吸附于Pt中心表面，与Ni和Pd中心的π型吸附截然不同。这也是导致1Pt/ZnO的超高脱硫活性的主要原因，其TOF可达84.8h-1，脱硫比速率为3.51 μmolDBT/(g·min)。二苯并噻吩在Pt/ZnO上的脱硫活性与Pt与ZnO间的协同作用相关；当反应物中存在空间位阻时，4,6-二甲基二苯并噻吩的本征脱硫活性与Pt的分散度呈正相关。同时，对反应过程中Pt和ZnO的结构演变进行验证，Pt在常压反应吸附脱硫过程中形成PtSx活性组分，ZnO载体因其特殊的S转移性质可有效保护PtSx活性中心在反应吸附脱硫阶段保持高分散性及活性，无明显硫中毒现象。Pt/ZnO在达到饱和硫容后，可以在高压条件下实现高的加氢脱硫稳定性。研究过程同时采用DFT和实验结果对比证实，相比于Pt和PtZn，PtSx作为Pt/ZnO的活性中心，有效降低反应能垒，精准实现常压直接脱硫过程。
本研究工作提出了Pt/ZnO在二苯并噻吩类上的常压反应吸附脱硫机理。与传统催化剂超深度脱硫所需的高压条件不同，Pt/ZnO可在常压条件下实现二苯并噻吩和4,6-二甲基二苯并噻吩的超深度脱硫。该工作为目前大规模应用的S-Zord工艺提供一种常压低氢耗超深度脱硫的反应吸附剂，并为C-S键断裂的机理研究提供新的理解与补充；也为课题组下一代石油树脂加氢技术和非常规油品制清洁燃料技术奠定了理论基础。
论文的第一作者为大连理工大学化工学院博士生牛鸿宇，通讯作者为大连理工大学梁长海教授，李闯副教授和太原理工大学李文英教授。该研究得到了国家自然科学基金（22038008），辽宁省自然科学基金（2021-MS-125），辽宁省“兴辽英才计划”（XLYC1908033），中央高校基本科研专项资金（DUT2021TB03）的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144115
