打破“tradeoff”限制乙烷氧化脫氫研究方面取新突破

近日，中科院大連化學物理研究所張濤院士、研究員王曉東團隊在乙烷氧化脫氫研究方面取得新進展。研究人員發現通過單原子化具有高選擇性、同時具有惰性的主族金屬氧化物，可以打破活性和選擇性的“trade-off”限制，為開發高效的選擇性氧化催化劑提供了新思路。相關研究成果發表在《美國化學會志》上，并被選為內封面文章。

在眾多的氧化脫氫催化劑中，過渡金屬氧化物（TMOs）因具有多種氧化態、較好的烷烴吸附和活化能力而受到廣泛關注。但是，過渡金屬存在未被占據的d軌道，與C=C的π電子有較強的相互作用，導致生成的烯烴難以脫附從而發生連續氧化。以往的研究工作主要集中在從強到弱調節TMOs催化活性，從而降低過度氧化，但烷烴的吸附和活化受到抑制，導致轉化率下降，烯烴收率有限。

相比之下，主族金屬d軌道全充滿，與低碳烷烴、烯烴相互作用較弱，導致主族金屬氧化物對烯烴具有固有選擇性，同時對烷烴具有活化惰性。

本工作中，該團隊提出原子分散主族金屬氧化物，從弱到強調節其對乙烷的催化活性，即HY分子篩中超籠B酸錨定的原子分散[InOH]2+位點，可以顯著降低乙烷解離的反應能壘以激活乙烷的活化。此外，In2O3納米顆粒選擇性氧化H2生成的H2O能夠穩定孤立的[InOH]2+結構，從而實現高效的乙烷氧化脫氫。