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三單位聯(lián)合?JACS：轉(zhuǎn)化率100%！Cu/B2 CuPd催化乙炔加氫

尋找具有高貴金屬原子利用率的高活性和選擇性催化劑，在材料的基礎(chǔ)合成和重要的工業(yè)反應(yīng)中引起了科學(xué)家們的廣泛興趣。

基于此，美國弗吉尼亞大學(xué)朱慧源教授、新加坡國立大學(xué)何遷和美國弗吉利亞理工大學(xué)辛洪良教授等人報(bào)道了一種具有Cu核和有序B2金屬間CuPd殼層（表面有可控原子層）的Pd-Cu納米立方的合成（記為Cu/B2 CuPd），可在溫和的條件下高效、穩(wěn)定地催化乙炔（C₂H₂）選擇性加氫成乙烯（C₂H₄）。優(yōu)化后的Cu/B2 CuPd負(fù)載為9.5 at%，在90 ℃下，C₂H₂轉(zhuǎn)化率為100%，C₂H₄選擇性為95.2%。

通過DFT計(jì)算，作者研究了Cu/B2 CuPd納米立方體與Pd納米立方體的性能。通過繪制*C₂H₂、*C₂H₄和地下*H的地層自由能，發(fā)現(xiàn)Pd結(jié)合*C₂H₂最強(qiáng)，形成自由能為-2.50 eV，在低溫下易于活化。

B2 CuPd結(jié)構(gòu)對(duì)*C₂H₂和*C₂H₄的結(jié)合分別弱0.8和0.2 eV，需要更高的溫度才能實(shí)現(xiàn)100%的轉(zhuǎn)化率。對(duì)于C₂H₄的吸附，Pd表面傾向于與*C₂H₄形成di-σ鍵，而B2 CuPd結(jié)構(gòu)中Pd位點(diǎn)的單位性質(zhì)導(dǎo)致*C₂H₄形成π鍵。

在4個(gè)樣品中，在1445 cm^?1附近的峰分配給di-σ鍵合的C₂H₄。在N₂吹掃60 min后，Pd立方體上的化學(xué)吸附物質(zhì)均為di-σ鍵和π鍵C₂H₄，而C₂H₄主要以π鍵模式吸附在Cu/B2 CuPd-2上（峰值在1630 cm^?1附近）。

此外，B2 CuPd結(jié)構(gòu)對(duì)氫的形成能也較Pd弱，為0.1 eV，對(duì)于防止地下氫化物的形成很重要，氫化物可以參與*C₂H₄進(jìn)一步氫化成不需要的產(chǎn)物。由于Pd具有比Cu更大的電負(fù)性，電子傾向于從Cu轉(zhuǎn)移到Pd，使Pd單原子帶負(fù)電荷，傾向于“排斥”C₂H₄分子，降低其吸附能，增強(qiáng)選擇性。

Atomic Layers of B2 CuPd on Cu Nanocubes as Catalysts for Selective Hydrogenation. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c06514.

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