在本文中，作者报道了一种在常温常压下实现乙烷光催化非氧化脱氢制乙烯和氢气的新策略，通过在锐钛矿型TiO₂纳米颗粒表面光沉积Pd纳米粒子，并嫁接Ni单原子调控其表面电子结构，从而改变乙烷脱氢路径。

在液流反应器中，采用最优的T-Ni_0.6Pd_0.24光催化剂，在太阳光照射下实现乙烷向乙烯和氢气的化学计量转化，产率高达8.2 ± 0.2 mmol·g^-1·h^-1，乙烯选择性达100%。

在350 nm波长下，表观量子效率达到约22.3%。

该太阳能驱动的非氧化烷烃脱氢路径为高效、高选择性地制备轻质烯烃提供了新途径。

图1：双金属位点修饰半导体光催化剂的设计原理。元素H、C、Pd和Ni分别用粉色、灰色、绿色和橙色球表示。

图2：制备过程示意图及结构表征。a T-Ni_0.6Pd_0.24的HAADF-STEM图像，其中Ni原子用红圈标出。插入图展示了沿(a)中标记的蓝色矩形区域测量的线扫描结果。b, c, d, e, f, g (b–g) T-Ni_0.6Pd_0.24的HAADF和EDX mapping图像。黄色、蓝色、绿色和红色分别代表Ti (c)、O (d)、Ni (e)和Pd (f)元素。h T-Ni_0.6Pd_0.24的k³加权Ni-K边EXAFS傅里叶变换谱（插图，接枝在TiO₂ NPs表面的孤立Ni原子的局部几何结构）。灰色球代表末端氧（O₁），红色球代表晶格氧（O₂），包括表面桥接氧。绿色球代表三个水分子中的配位氧（O₃）。i T-Ni_0.6Pd_0.24的k³加权Pd-K边EXAFS傅里叶变换谱（插图，光沉积在TiO₂ NPs表面的Pd NPs的结构模型）。源数据随论文提供。

图3：模拟太阳光照射下光催化剂的光催化活性和选择性。a TiO₂、T-Ni_0.6、T-Pd_0.24和T-Ni_0.6Pd_0.24催化剂在间歇式反应器中的光催化非氧化乙烷脱氢活性（n=5次独立重复实验）。b 所有催化剂在间歇式反应器中的乙烯选择性（n=5次独立重复实验）。c T-Ni_0.6Pd_0.24在间歇式反应器中的光催化循环实验，每个循环持续4 h。a-c在间歇式反应器中的反应条件：5 mg催化剂，C₂H₆: Ar=1: 99，反应时间4 h，照射强度300 mW cm^-2（300 W氙灯，AM 1.5 G滤光片）。d T-Ni_0.6Pd_0.24光催化剂在流动反应器中不同总流速下的光催化NOEDH性能（n=5次独立重复实验）。e T-Ni_0.6Pd_0.24催化剂在流动反应器中10小时的稳定性测试。f T-Ni_0.6Pd_0.24催化剂的波长依赖性AQE作用谱（n=5次独立重复实验）。d-f在流动反应器中的反应条件：5 mg催化剂，C₂H₆: Ar = 9: 91，反应时间10 h，照射强度300 mW cm^-2（300 W氙灯，AM 1.5 G滤光片）。源数据随论文提供。

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图4：光催化机理和反应路径。a ¹³CH₃¹²CH₃同位素标记结果：脱氢产物C₂H₄的质谱图。b T-Ni_0.6、T-Pd_0.24和T-Ni_0.6Pd_0.24光催化剂在黑暗和太阳光照射下暴露于C₂H₆气氛中的原位DMPO捕获EPR谱。c C₂H₆转化为C₂H₄在T-Ni_0.6、T-Pd_0.24和T-Ni_0.6Pd_0.24催化剂上的反应能量图。d T-Pd_0.24光催化剂的差分电荷密度图。e 吸附C₂H₆的T-Pd_0.24光催化剂的差分电荷密度图。f T-Ni_0.6Pd_0.24光催化剂的差分电荷密度图。g 吸附C₂H₆的T-Ni_0.6Pd_0.24光催化剂的差分电荷密度图。黄色和青色区域分别对应电子密度增益（积累）和损失（耗尽）。h,i T-Ni_0.6Pd_0.24在黑暗和光照条件下的原位XPS谱（Ni 2p, Pd 3d）。j T-Ni_0.6Pd_0.24中电荷转移机理示意图。源数据随论文提供。

综上，作者报道了一种新型光催化非氧化乙烷脱氢（NOEDH）策略，通过将Ni单原子锚定在Pd/TiO₂表面，构建双金属协同活性位点，实现了在常温常压下乙烷高效、高选择性地转化为乙烯和氢气。

镍（Ni）单原子的引入不仅调控了Pd纳米粒子的电子结构，显著降低了乙烯脱附能垒，还抑制了C-C键断裂和积碳副反应的发生，使乙烯选择性达到100%，产率高达8.2 mmol g^-1 h^-1，表观量子效率达22.3%。

该催化剂在连续流动反应中展现出优异的稳定性，10 h内无失活、无积碳，产物比例接近理论化学计量比，具有显著的经济和工业应用潜力。

本研究不仅突破了传统热催化乙烷脱氢在高温高能耗方面的瓶颈，也为光催化烷烃转化提供了新的路径。