JACS：剖幽析微-确定乙烷中CO2辅助选择性C-H/C-C键断裂的一般描述符

CO₂辅助烷烃活化中的选择性C-H/C-C键断裂，表明能够同时催化温室气体CO₂和轻质烷烃合成增值合成气(CO和H₂)、烯烃、芳烃和含氧化合物。为了确定反应的描述符、预测在CO₂辅助的烷烃活化条件下热力学有利的双金属衍生结构，以及了解烷烃中C-H和C-C键的选择性裂解的机理，哥伦比亚大学陈经广和Ping Liu等通过结合动力学分析、原位表征和密度泛函理论(DFT)计算，研究了Pd双金属(PdM_x)衍生催化剂在乙烷-CO₂反应中的作用。

研究人员以两种代表性催化剂PdCo_x/CeO₂和PdIn_x/CeO₂上的C₂H₆-CO₂反应为例进行研究。对于PdCo_x/CeO₂， PdCo_x合金表面在反应条件下稳定，通过乙烷的干重整(DRE: 2CO₂ + C₂H₆→4CO + 3H₂)(~90%的CO选择性)导致进一步的C-C键断裂和合成气生产；

对于PdIn_x/CeO₂，反应诱导的InO_x/Pd界面有利于通过乙烷的氧化脱氢(ODHE: CO₂+C₂H₆→C₂H₄+CO+H₂O)(C₂H₄选择性>90%)并稳定催化110小时，没有检测到任何的焦炭沉积。

更重要的是，将研究扩展到其他Pd双金属系统，PdM₃(M = Ga、Sn、Fe、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Rh、Ru和Ir)，确定了两个通用描述符，即PdM_x合金表面形成能和与O*的结合能。发现这两个描述符之间的相互作用可以调制反应诱导的表面构型，进而控制PdM_x衍生催化剂上C-C/C-H键断裂的选择性。

这两个通用描述符的确定为合理设计用于同时提质轻质烷烃和CO₂的高选择性催化剂开辟了新的途径。

General Descriptors for CO₂-Assisted Selective C-H/C-C Bond Scission in Ethane. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.1c13415