【原】马丁&李隽&刘洪阳最新JACS：少原子铂高效催化环己烷脱氢制氢

通讯作者：刘洪阳；李隽；马丁

通讯单位：中科院金属研究所；清华大学；北京大学

催化活性位点是设计高效多相金属催化剂的关键，特别是对结构敏感的反应。减小催化剂上金属的尺寸增加了分散性，当金属以单原子形式存在时，分散性最大化，即单原子催化剂(SACs)。据报道，SACs对各种催化反应都是有效的。

近日，北京大学马丁教授、清华大学李隽和中科院金属研究所刘洪阳教授合作报道了一系列固定在纳米金刚石(ND@G)弯曲石墨烯层上的Pt催化剂，包括孤立的Pt单原子(Pt1)，不同尺寸的Pt团簇(Ptn)和Pt纳米粒子(Ptp)。进一步探究了不同催化剂对环己烷(C6H12)脱氢反应的催化活性。

图1. Pt单原子、团簇和纳米颗粒催化剂的表征。

相关工作以“Few-Atom Pt Ensembles Enable Efficient Catalytic Cyclohexane Dehydrogenation for Hydrogen Production”为题发表在Journal of the American Chemical Society上。

图2. Pt单原子、团簇和纳米颗粒催化剂的反应性能。

要点1. 制备的催化剂中的金属Pt活性位点的平均尺寸在不断增加，从单个原子到完全暴露的由几个原子组成的亚纳米团簇，最终到更大的团簇和纳米粒子。

要点2. 在环己烷(C6H12)脱氢反应(CDH)中，Pt SAC虽然具有最高的金属原子利用率，但在553 K下，环己烷的C-H键活化和随后的脱氢反应均不活跃。

要点3. Pt团簇和纳米颗粒催化剂均展现出较好的CDH催化活性，但较大的颗粒受到反应产物的毒害活性较低。当Pt-Pt配位数(CNPt-Pt)为2-3左右时，充分暴露的少量Pt表现出最佳的催化性能。这是由于其高d带中心、多个相邻金属位点和产物的弱结合。

该研究说明了由少量Pt原子组成的完全暴露Pt簇催化剂对催化CDH反应的重要性。

图3. 催化剂的模型结构和反应路径。

图4.(a)苯在Pt1/G、Pt4/G、Pt13/G和Pt(111)表面上的吸附构型。(b)苯C原子与相邻Pt原子之间-pCOHP的概要。(c)四种催化剂上苯和环己烷吸附能与综合pCOHP (IpCOHP)的关系。颜色代号:C(深棕色)，Pt(浅灰色)，H(白色)。

链接：

https:///10.1021/jacs.1c12261