微調(diào)雙金屬納米粒子的結(jié)構(gòu)對(duì)于理解構(gòu)效關(guān)系和進(jìn)一步提高丙烷脫氫(PDH)中的催化性能至關(guān)重要。PtFe雙金屬催化劑中過量的Fe物質(zhì)會(huì)促進(jìn)碳沉積，導(dǎo)致丙烯選擇性低。但是，在選擇性消除過量Fe的同時(shí)不破壞PtFe催化劑的結(jié)構(gòu)仍然具有挑戰(zhàn)性。近日，大連理工大學(xué)郭新聞、張光輝和香港中文大學(xué)宋春山等證明了通過在PtFe催化劑上將CO₂引入PDH可以顯著抑制焦炭的形成，其中CO₂有效地消除了活性Fe(0)結(jié)焦位點(diǎn)而不會(huì)改變PtFe合金的催化表面結(jié)構(gòu)。

與不添加CO₂脫氫反應(yīng)相比，用當(dāng)CO₂/C₃H₈進(jìn)料比為0.20時(shí)，Pt₁Fe₇/S-1催化劑的丙烯產(chǎn)率最高，焦炭量從18.8 wt%降低到1.0 wt%。基于對(duì)Fe基催化劑結(jié)構(gòu)變化的理解，F(xiàn)e(0)物種可以在CO₂加氫反應(yīng)中被氧化成Fe₃O₄；與金屬鐵物種相比，穩(wěn)定的FeO_x物種在PDH反應(yīng)中表現(xiàn)出更高的烯烴選擇性和較弱的結(jié)焦能力(盡管它對(duì)脫氫速率的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)低于PtFe合金)。

XPS、EXAFS和⁵⁷Fe M?ssbauer結(jié)果表明，顯著抑制積碳是由于在CO₂-PDH反應(yīng)過程中過量的非合金Fe物種的氧化，而不是逆Boudouard反應(yīng)(CO₂ + C = 2CO)?？偟膩碚f，通過引入軟氧化劑CO₂來氧化PtFe雙金屬催化劑中的非合金非選擇性Fe(0)相以提高PDH性能，這為在反應(yīng)條件下調(diào)整PtFe雙金屬催化劑的結(jié)構(gòu)和提高PDH反應(yīng)的性能提供了一種有指導(dǎo)意義的策略。

Promoting Propane Dehydrogenation with CO₂ over the PtFe Bimetallic Catalyst by Eliminating the Non-selective Fe(0) Phase. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c00649