张铁锐AM: PtO2协同ZnO，加速光催化丙烷直接脱氢制丙烯

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光催化作为一种低能量输入的化学转化技术引起了人们的关注，其中半导体光催化剂导带和价带上的光生电子和空穴驱动还原和氧化半反应。近年来，人们开发了多种光催化体系用于烷烃转化，包括甲烷偶联、环己烷脱氢以及某些涉及C-H (sp³)活化的有机反应。在这些体系中，烷烃中的C-H键易于活化，在光照下获得了良好的产物收率和选择性。

近年来，研究人员利用纳米/亚纳米尺度的贵金属中心，包括团簇、金属间化合物、纳米颗粒等，开发了多种具有C-H活化活性的贵金属基光催化剂。虽然光催化已被认为是烷烃活化的一种有前途的策略，但迄今为止在光催化丙烷直接脱氢制丙烯(PDH)领域取得的进展很少。

采用两步湿法煅烧和浸渍工艺，分别用1.30 nm的PtO₂团簇和5.83 nm的PtO₂纳米颗粒修饰ZnAl氧化物载体(ZnAl-MMO)，制备出LD-Pt_n和LD-NP光催化剂，并研究了它们的光催化PDH行为。

实验结果表明，在365 nm光照下，LD-Pt_n光催化剂的丙烯产率达到986.8 μmol g^-1 h^-1，高于LD-NP(641.1 μmol g^-1 h^-1)。程序升温解吸-质谱(TPD-MS)分析表明，光催化剂上存在两种不同类型的丙烷吸附位点：PtO₂/ZnO界面上邻近ZnO的Pt位点，以及距离界面较远的PtO₂上的Pt位点。密度泛函理论(DFT)计算表明，PtO₂/ZnO界面上的Pt位点对丙烷的吸附比远离界面(PtO₂)的位点弱。

一系列光谱表征结果显示，光照下PtO₂/ZnO界面诱导的局域电荷重排在丙烷中C-H键的活化和随后的解离中起主导作用。PtO₂/ZnO界面促进了电荷转移，在界面附近积累了足够的空穴，这些空穴可用于Pt上丙烷分子C-H键解离以及后续反应过程。因此，含有PtO₂团簇的LD-Pt_n光催化剂由于在团簇-载体结构中具有更丰富的PtO₂/ZnO界面而表现出超过LD-NP的光催化PDH活性。

综上，该项研究强调了负载型PtO₂团簇和ZnO半导体之间的协同作用，包括通过光诱导的PtO₂/ZnO界面的电荷转移，这些协同作用促进了丙烷的活化，实现在温和条件下从烷烃到烯烃的转化。

Efficient photocatalytic propane direct dehydrogenation to propylene over PtO₂ clusters. Advanced Materials, 2025. DOI: 10.1002/adma.202411648

张铁锐AM: PtO2协同ZnO，加速光催化丙烷直接脱氢制丙烯

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