单原子Pd促进的Cu催化剂用于乙醇脱氢

摘要

乙醇脱氢是乙醇催化转化过程中的关键基元步骤，铜（Cu）基合金催化剂是该反应最具前景的候选材料。然而，由于合金催化剂在反应条件下固有的结构复杂性和动态演变特性，阐明合金组分与主体金属间协同效应的内在机制仍具挑战性。本研究设计了结构明确的单原子钯（Pd）修饰Cu-MFI催化剂用于乙醇脱氢制乙醛和氢气。通过球差校正高角环形暗场扫描透射电子显微镜（AC-HAADF-STEM）、X射线吸收光谱（XAS）、X射线光电子能谱（XPS）等系统表征结合密度泛函理论（DFT）计算表明，Pd原子被均匀分散在Cu催化剂表面并被Cu原子隔离，该单原子位点配位数为9–10、带-0.36e电荷。在乙醇脱氢反应中，新生成的Pd^δ-和Cu^δ+位点协同作用降低了乙醇中C―H键断裂的活化能垒，同时增强了氢吸附和H―H键耦合能力，使得Pd/Cu-MFI催化剂获得更高的乙醇转化率和乙醛产率。

关键词

乙醇 / 脱氢 / Pd-Cu单原子催化剂 / 电子转移 / 氢

基金资助

国家自然科学基金(22378383,22279115); “单原子催化”基础科学中心(22388102)资助