Pt基双金属催化剂由于具有较高的C−H裂解活性和丙烯选择性，在丙烷脱氢反应（PDH）中得到了广泛的研究。然而，在焦炭反复氧化以再生催化剂的过程中，催化剂会受到严重的金属烧结和脱合金化的影响。近年来，Ga、Pt和Ce掺杂的γ-Al₂O₃在PDH中表现出优异的催化活性、选择性和稳定性，但由于该体系的复杂性，其催化作用尚不清楚。

鉴于此，韩国科学技术院（KAIST）Minkee Choi，忠南大学Hyeyoung Shin报道了研究了Ga、Pt和Ce掺杂的γ-Al₂O₃用于PDH中各组分（Ga、Pt和Ce）的反应机理和催化相互作用。

文章要点

1）选择性中毒、原位漫反射红外傅里叶变换光谱和H2−D2交换结果表明，Ga³⁺是丙烷C−H键解离的主要原因，而Pt⁰通过反向溢出促进了缓慢的H重组为H₂。同时，催化剂在重复反应−再生循环中的失活主要是由于Pt⁰的不可逆烧结所致。

2）值得注意的是，优化的Ce掺杂（∼2 wt%）选择性地在γ-Al₂O₃表面产生原子分散的Ce³⁺位，通过增加金属−载体相互作用，极大地抑制了Pt⁰粒子的烧结。相反，过量的Ce负载产生了离散的CeO₂畴，使Pt物种以Pt²⁺的形式稳定下来，不能进行H复合。因此，过量的Ce负载量会导致更严重的催化活性和选择性损失。

这项研究表明，在γ-Al₂O₃表面的选择性生成原子分散的Ce³⁺位对稳定Pt⁰物种非常重要，而Pt³⁺是获得高催化活性、高选择性和高稳定性的关键。

参考文献

Han Chang Kwon, et al, Catalytic Interplay of Ga, Pt, and Ce on the Alumina Surface Enabling High Activity, Selectivity, and Stability in Propane Dehydrogenation, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c02553

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c02553