第一作者：Meijia Xu

通讯作者：吴凯教授、周雄副研究员、刘智攀教授

通讯单位：北京大学、复旦大学

论文速览

从混合α-烯烃生产乙炔是一种潜在的绿色节能方法，在选择性裂解C-C键方面具有重要的科学价值。本研究提出了一种从混合α-烯烃中选择性裂解生产乙炔和氢气的绿色且高效的方法。

在Pd(100)表面上，实验表明C₂至C₄ α-烯烃通过选择性热裂解形成表面乙炔和氢气。高选择性归因于4-重中空位点，这些位点擅长切断α-烯烃中的末端双键以产生乙炔。然而，由于乙炔倾向于停留在Pd(100)表面上，因此面临着挑战。

通过使用外来Au的表面合金化方法，成功地将表面Pd d-带中心从费米能级移开，从而以气态产物的形式从α-烯烃中释放出表面生成的乙炔。本研究上提供了一种技术策略，以经济的方式从α-烯烃中生产乙炔和氢气。

图文导读

图1. 在Pd(100)表面上吸附α-烯烃和形成乙炔的STM图像。在不同条件下，α-烯烃分子在Pd(100)表面上的吸附形态以及随着温度升高转化为乙炔的过程。

图2. 通过XPS光谱验证了从α-烯烃分解和乙炔形成的过程。不同α-烯烃在低温下吸附并在升温后分解的C 1s XPS图谱。

图3. Pd(100)单晶表面覆盖乙烯、丙烯和1-丁烯气体的TPD光谱。在不同条件下，α-烯烃分子在Pd(100)表面上的氢气脱附特征。

图4. 基于理论计算的α-烯烃分解反应途径。详细分析了乙烯、丙烯和1-丁烯在Pd(100)表面上分解形成表面结合乙炔的反应途径。

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图5. 通过AuPd表面合金化促进从α-烯烃生成的乙炔的脱附。形成的AuPd表面合金的STM图像、结构模型、XPS和UPS光谱，以及乙炔的TPD光谱。

总结展望

本研究的亮点在于发现Pd(100)表面能够选择性地热裂解C₂至C₄ α-烯烃生成乙炔。通过实验和计算结果表明，这种选择性主要与Pd(100)表面的4-重中空位点有关。由于乙炔在表面上的强烈吸附，采取了AuPd表面合金化策略来改变d带中心，从而减弱了乙炔在Pd(100)上的吸收强度。

结果表明，表面生成的乙炔可以有效地从表面上脱附。这些发现突出了使用PdAu催化剂从α-烯烃中生产乙炔和氢气的潜力，这种方法可以显著降低当前工业流程中的反应温度和不可避免的能源消耗，包括电石和天然气的部分氧化。更重要的是，它能够直接转化Fischer-Tropsch合成过程产生的混合α-烯烃，从而带来催化效率和经济效益。

文献信息

标题: Selective Cleavage of α‑Olefins to Produce Acetylene and Hydrogen

期刊: Journal of the American Chemical Society

DOI: 10.1021/jacs.4c03524