ACS Catal.：准二元合金催化烷烃脱氢

活性金属与另一种金属的合金化已被用作常规方法来改变主活性金属的催化性能。在催化烷烃脱氢反应中，通常将高活性的铂和活性较低或无活性的第二金属合金化，以抑制不希望的副反应，如C-C裂解，以提高烷烃脱氢的选择性，并防止在反应过程中催化活性的降低。长期以来，活性-选择性关系的取舍一直是基于合金催化剂设计中的难题。打破这一局限对于开发用于烷烃脱氢的高活性，高选择性和高持久性催化剂是必要的。根据作者已经报道的基于三金属合金（即伪二元合金）催化剂的设计——构成双金属有序合金的一部分第二金属被第三金属取代，但不会不会改变主晶体结构——可灵活地改变金属组成比和由此产生的催化性能，并且由于存在三种不同的元素，使得活性位点性能多功能化。

有鉴于此，北海道大学，京都大学Shinya Furukawa基于先前的研究成果，报道了一系列负载在二氧化硅上的Pt基合金催化剂（Pt₃M/SiO₂，其中M = Fe，Co，Cu，Zn，Ga，In，Sn和Pb）并测试了甲基环己烷的脱氢性能。

本文要点

要点1. 金属间化合物Pt₃Fe纳米晶表现出较高的催化活性和耐久性。通过用一系列金属（M = Co，Ni，Cu，Zn，Ga，In，Sn和Pb）取代一部分Fe，进一步修饰Pt3Fe催化剂，以形成Pt₃(Fe_0.75M_0.25) 准二元合金。

要点2. 在催化甲级环己烷（MCH）脱氢反应中，Fe被Zn部分取代形成Pt₃(Fe_0.75M_0.25) 具有极高的催化活性，选择性和耐久性：与Pt/SiO₂相比，周转频率（TOF）高2.7倍（有史以来最高的氢气释放速率，超过99％的甲苯选择性（甲烷浓度<500 ppm）和具有超过99％的MCH 转化率以及至少50小时的长耐久性。

要点3. 基于详细表征和理论计算的机理研究表明，Fe通过配体和整体作用增强了CH_x的加氢作用（脱碳），同时Zn促进了甲苯的解吸。Pt，Fe和Zn在原子水平上的邻接可以构建多功能活性位，以实现有效的C-H活化，除焦和甲苯解吸。

Nakaya, Yuki, et al, Active, Selective, and Durable Catalyst for Alkane Dehydrogenation Based on Well-designed Trimetallic Alloy, ACS Catal., 2020

DOI：10.1021/acscatal.0c00151

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c00151