电子扰动促进的界面途径可轻松实现C-H解离
铂基催化剂已广泛应用于催化丙烷脱氢(PDH)过程，在丙烯生产中发挥着至关重要的作用。然而，由于氢解、焦炭沉积物的快速失活和纳米颗粒烧结，单金属Pt 催化剂通常表现出较差的丙烯选择性。为了应对这些挑战，人们引入了各种金属(Sn、Zn、Ga、Co等)来提高Pt基催化剂的选择性和稳定性。通常，负责调节 Pt 几何和电子结构的金属合金的形成被认为是有助于提高性能的主要因素。然而，这种修饰往往会抑制 Pt 激活 CH 键的能力，这是脱氢反应中的一个关键方面。烷烃分子内强CH键的活化需要大量的能量输入，导致脱氢过程的障碍相对较高。为了进一步提高 Pt 基催化剂在 PDH 中的催化效率，必须努力设计更复杂的活性中心，使其具有强大的丙烷活化能力和对丙烯的高选择性。
最近，中国浙江大学王勇教授领导的研究小组报道了一种非常有效的界面途径，通过 Pt 的电子扰动诱导 O 位点，在 Pt-GaO x界面上轻松实现 CH 键断裂。Pt (111) 上的Ga 2 O 3物种充当桥梁，使脱氢变得容易。该过程涉及丙烷分子电离为质子和温和的烷基转移，然后在高温下平稳地溢出 H。重要的是，该机制与在单金属和/或合金 Pt 表面观察到的自由基机制显着不同。该成果发表在《催化学报》(DOI: 10.1016/S1872-2067(23)64575-9)上。
密度泛函理论计算表明，由于底层Pt的电子扰动，Pt表面Ga 2 O 3物种的氧位点表现出较高位置的O 2p态和费米能级周围相当大的态密度。因此，这些位点对 H 具有显着的亲和力，对 CH 解离具有极低的能垒(小于 0.30 eV)。此外，Ga氧化物组分还有助于改变Pt纳米粒子的几何结构。这种修改导致整体尺寸减小，促进丙烯的选择性生产。与基准PtSn/Al 2 O 3催化剂相比，设计的Pt/Ga- Al 2 O 3催化剂在PDH反应中表现出优越的性能。
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