吉大李路Nature Energy：在环境条件下可见光驱动烷烃非氧化脱氢

2022年10月14日上午12:19 • 顶刊解读

烷烃的直接非氧化脱氢可以产生有用的碳原料和氢燃料。然而，打破烷烃中的C-H键通常需要高温、化学计量氧化剂或高能紫外线；在较温和条件下运行的工艺具有吸引力，但往往效率较低。

基于此，吉林大学李路教授（通讯作者）等人报道了一种Pt/黑色TiO₂（Pt/black TiO₂）光催化剂，其中Pt物种彼此接近而没有直接结合，在室温、可见光至近红外光中显示出烷烃脱氢的高性能。

在可见光和近红外光（400-1550 nm）照射下，由孤立PtClO₃单体组成的Pt超小聚集体对环烷烃、甲烷和短链烷烃的非氧化脱氢具有高的光催化活性和选择性。对于环己烷脱氢，在80个反应周期内，生成H₂的周转数超过100000次而没有任何失活，远远超过了热反应。对于甲烷，转化率为8.2%，对丙烷的选择性为65%，而不是更常见的乙烷。

此外，对于C₂₊烷烃，快速脱氢（高达1440 µmol g^-1 h^-1）得到了相应的烯烃。与孤立的Pt⁺单体不同，聚合的Pt⁺单体具有更好的光催化活性和选择性。实验结果和理论计算表明，黑色TiO₂与Pt之间存在强烈的相互作用，从而导致有效的界面电荷转移，使Pt⁺成为C-H键激活的强大光活性中心。动力学分析表明，黑TiO₂具有较强的给电子能力，能显著抑制焦碳或氢离子对Pt的毒害。

Visible-light-driven non-oxidative dehydrogenation of alkanes at ambient conditions. Nat. Energy, 2022, DOI: 10.1038/s41560-022-01127-1.

https://doi.org/10.1038/s41560-022-01127-1.

吉大李路Nature Energy：在环境条件下可见光驱动烷烃非氧化脱氢

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