目前, SACs因其优越的催化性能和最大的原子利用率而被广泛应用于电催化领域。由于烷烃脱氢涉及多步骤的脱氢中间反应,单个活性中心很难同时破坏多个独立的C-H键。为了克服这个困难,引入另一个活性点来活化中间产物是一个解决方案。与SACs相比, DACs提供了更多的活性位点,而且原子间的协同作用可以使反应障碍降到最低。然而,大多数设计DACs是利用决速步的反应势垒作为描述符来测试大量催化剂从而筛选出理想的DACs。对于理论计算,模型原子数越多所需的计算资源越多,故这种方法效率不高。
基于DFT计算,重庆大学王煜教授团队通过考察SACs对甲烷C-H键的活化趋势而建立了活化趋势图,甲烷是考察C-H活化趋势最简单的探针分子。然后通过筛选出的理想活性元素进而构建DACs,这种方法大大降低了传统筛选机制所需的计算成本。之后通过考察所构建DACs的稳定性与活性,从而确定了一种理想的催化剂(Rh2@V2CO2),其理论反应势垒很低超越了大部分已报道的文献(C2H6*到C2H5*反应势垒为0.64eV,C2H5*到C2H4*反应势垒为0.63eV)。本研究不仅为电催化乙烷脱氢制乙烯构建了一种理想的电催化剂,并为之后设计DACs提供了一种新的思路。
Dr. Jin Wan, Dr. Yanwei Wang, Prof. Huijuan Zhang, Prof. Yu Wang
ChemCatChem
DOI: 10.1002/cctc.202200834