Nat. Nanotech：悉尼大學液態合金動態選擇性催化

一、【導讀】

對于非均相催化劑，原子的分散和活性位點上的排列通常決定了反應途徑。根據它們的相互構型，吸附在活性位點上的反應物可以產生一組可能的緊密間隔的勢壘，這些勢壘最終決定了產物的選擇性。然而，在原子水平上調控催化劑，使其與特定反應物的構型一致，同時保持其結構完整性具有很大的挑戰性。這些挑戰限制了許多固態催化劑的應用。相比之下，液體狀態下的催化原子表現出獨特的表面特征和空間流動性，這為多相催化設計提供了新的思路。例如，使用液態鎵作為催化反應的溶劑能夠獲得分散良好的金屬原子構型，從而導致相鄰液態原子的活化和遷移率誘導的活性增強的獨特催化現象。

二、【成果掠影】

近日，悉尼大學Md. Arifur Rahim和Kourosh Kalantar-Zadeh研究團隊為了深入了解液態金屬催化劑的機理，展示了一種GaSn_0.029Ni_0.023液態合金，可用于不同烴源化合物選擇性合成丙烯。由于可遷移性，液態Sn, Ni和Ga原子的動態自主定位可以產生特定的構型。實驗分析和計算模型證實了一種特殊的反應機制，通過這種機制，Sn從界面中突出，相鄰的Ni在界面層下方與癸烷分子精確對齊，從而促進丙烯的產生。然后，將該反應途徑應用于可再生烴菜籽油，丙烯選擇性轉化率達到了~94.5%。該研究結果提供了液態金屬催化劑的機理解釋，并展示了該技術實際應用的潛力。相關研究成果以“Dynamic configurations of metallic atoms in the liquid state for selective propylene synthesis”發表在期刊Nature Nanotechnology上。

三、【核心創新點】

通過GaSn_0.029Ni_0.023液態合金研究了不同烴源化合物選擇性合成丙烯的機理，將其應用于可再生烴菜籽油，丙烯選擇性轉化率可達~94.5%。

四、【數據概覽】

圖1 GaSn_0.029Ni_0.023催化劑的示意圖和計算模擬? 2023 Springer Nature

圖2癸烷轉化合成丙烯的實驗與計算結果? 2023 Springer Nature

圖3菜籽油轉化合成丙烯的示意圖及實驗結果? 2023 Springer Nature

五、【成果啟示】

以GaSn_0.029Ni_0.023為催化劑，對不同烴源化合物選擇性合成丙烯的機理進行了研究。Ga矩陣中原子構型的動態性質為與反應物的特定排列提供了機會，從而提供了選擇性的反應途徑。通過構型定向反應途徑，在~150℃的溫和加熱下，烴類(包括癸烷和菜籽油)主要在GaSn_0.029Ni_0.023催化劑的界面上轉化為丙烯。該反應體系還證明了從菜籽油轉化合成丙烯的可擴展性和耐久性。該研究成果進一步開拓和加深了對于液態金屬催化劑的理解，同時為以后液態金屬催化劑的設計與合成提供了指導。

文獻鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41565-023-01540-x

本文由小藝撰稿。