大化所/福大Nat. Catal.：Ru1/NC实现高效丙烷脱氢制丙烯

单原子催化剂（SACs）不仅具有均匀金属活性位点，而且具有选择性控制的潜力。然而，它们在高温丙烷脱氢中的应用仍具有挑战性。

基于此，中科院大连化学物理研究所王晓东研究员、王爱琴研究员和林坚研究员、福州大学林森教授（共同通讯作者）等人报道了一种氮掺杂碳（NC）负载Ru单原子的高稳定、高效率的丙烷（C₃H₈）脱氢催化剂（Ru₁/NC）。Ru₁/NC的周转频率比纳米颗粒的周转频率至少高3倍，在560 ℃时丙烯选择性约为92%，失活率较低。

通过密度泛函理论（DFT）计算，作者考虑了协调N物种对Ru₁稳定性的贡献。随着N配位数的增加，Ru₁中心的形成能明显降低，其中RuN₃C和RuN₄模型在热力学上更稳定。结果表明，在Ru₁/NC催化剂上，壳内N的配位对Ru₁中心的稳定性起着至关重要的作用。

此外，作者评估了具有Ru₁位点的RuN₃C-13和RuN₄-14对PDH反应的反应活性，其中DFT计算得到RuN₃C-13和RuN₄-14第一脱氢步骤（CH₃CH₂CH₃*→CH₃CHCH₃* + H*）的自由能势垒分别为1.061 eV和1.357 eV。

在过渡态下，两种体系断裂C(β)-H键的长度分别为1.483和1.599 Å，形成C(β)-Ru键的距离分别为2.339和2.352 Å。对于第二个脱氢步骤（CH₃CHCH₃* + H*→CH₃CHCH₂* + 2H*），计算得到的自由能势垒要低得多（RuN₃C-13为0.701 eV, RuN₄-14为0.444 eV），表明第一个脱氢步骤是丙烷转化速率的决定因素。

Peripheral-nitrogen effects on the Ru₁ centre for highly efficient propane dehydrogenation. Nat. Catal., 2022, DOI: 10.1038/s41929-022-00885-1.

https://doi.org/10.1038/s41929-022-00885-1.

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