Ga-Al₂O₃（Ga_xAl_2-xO₃）加入痕量Pt促进，通过双功能机理，因此产生优异的丙烷脱氢（PDH）催化活性和选择性。四面体配位结构Ga（Ga^IV）能够催化C-H解离，Pt促进氢复合生成H₂。为了最大化的利用Pt和Ga，理解两种催化活性物质的功能之间的平衡或者确定“理想结构”（ideal regime）非常重要。

有鉴于此，韩国科学技术院（KAIST）Minkee Choi等开发了能够定量研究Pt和Ga^IV位点催化活性的技术。

本文要点：

（1）

这项研究使用H₂-D₂交换反应速率（rHD, H₂–D₂ exchange rates）和丙烯化学吸附（Q(Ga_{IV, surf}）作为Pt和Ga^IV催化作用的指标。

当Pt的量达到Ga^IV，（rHD/Q(Ga_{IV, surf})>0.3mol_HD mol_GaIV,surf^–1 s^–1），催化剂表现理想的催化活性。在重复性反应测试和催化循环过程中，Pt烧结导致催化剂失活，因此两种催化剂之间不平衡。特别是Pt含量更高的催化剂比Pt含量低的催化剂具有更快的活性衰减，这是因为更高的Pt导致烧结更快。

（2）

通过掺杂少量Ce³⁺能够产生更强的金属-载体相互作用，有效的阻碍Pt烧结。因此，通过优化Ga和Pt的用量，并且加入Ce³⁺掺杂稳定Pt，能够在最少贵金属用量的同时维持优异催化活性。

当Pt用量仅为100 ppm，Ga用量为1 wt%，催化剂具有优异的催化活性、选择性、稳定性，表现达到Pt用量为7000 ppm（0.7 wt %）的PtSn/γ-Al₂O₃标杆催化剂的性能。

参考文献

Susung Lee, Han Chang Kwon, Jaewoo Jeong, Hyeyoung Shin, DongHwan Oh, Jin Seok, Jeong-Chul Kim, and Minkee Choi*, Ideal Bifunctional Catalysis for Propane Dehydrogenation over Pt-Promoted Gallia-Alumina and Minimized Use of Precious Elements, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.4c13787

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c13787