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单原子合金丙烷脱氢催化剂的第一性原理设计

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科学2021年6月25日:
第372卷,6549期,1444-1447页
DOI: 10.1126 / science.abg8389

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烷烃脱氢的铑原子

分散在金属氧化物上的铑纳米粒子通常是烷烃脱氢的弱催化剂,因为反应物与金属的结合过于强烈。Hannaganet al。第一性原理计算表明,在丙烷转化为丙烯和氢时,铜表面的单铑原子应该是稳定的和有选择性的。对嵌在铜(111)表面的单铑原子的模型研究表明,对丙烯有很高的选择性,对会使催化剂失活的表面碳的形成有很高的抵抗力。

科学, abg8389,此问题。1444

摘要

多相催化剂的复杂性意味着新催化材料的先验设计是困难的,但单原子合金催化剂的明确定义的性质使得进行明确的理论建模和精确的表面科学实验成为可能。本文报道了在理论引导下发现的一种铑-铜(RhCu)单原子合金催化剂,用于丙烷脱氢制丙烯。虽然在烷烃脱氢过程中一般不考虑Rh,但第一性原理计算显示,Rh原子分散在Cu中,表现出低的碳氢键激活势垒。表面科学实验证实了这些预测,这些结果共同指导了一种高活性、选择性和耐焦的RhCu纳米颗粒催化剂的设计,使低温非氧化丙烷脱氢成为可能。

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