Pt-Shell-Protected PtZn Intermetallic Nanoclusters for Highly Efficient Propane Dehydrogenation

脱氢 金属间化合物 纳米团簇 丙烷 催化作用 材料科学 壳体(结构) 无机化学 化学 纳米技术 冶金 有机化学 合金 复合材料
作者
Liuxin Xu,Xiaolin Tai,Lei Feng,Xu Zhang,Ya Pan,Bing Tang,Ruichao Xu,Yanna Shui,Jinglin Yuan,Yue Lin,Xiaolong Zhang,Shi He,Zhihu Sun,Shiqiang Wei
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:: 4172-4184
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c07624
摘要

Propane dehydrogenation (PDH) using platinum-based intermetallic catalysts is an important approach for the industrial production of highly value-added propylene. Nevertheless, the high temperature needed for PDH inevitably causes deactivation of the intermetallic catalysts due to phase separation or particle aggregation. Herein, we showcase that a Pt shell offers a promising solution to protect intermetallics under harsh PDH environments. Through selective removal of the surface Zn atoms, a core/shell architecture with 1–2 atomic layers of Pt coating PtZn intermetallic nanoclusters is constructed. No deactivation was observed within an 80 h long-term stability test at 580 °C on the optimal PtZn/Pt catalyst, affording an extremely low deactivation rate constant of 0.0007 h–1. Furthermore, the construction of the PtZn/Pt core/shell promotes the catalytic efficiency, with a high propylene formation rate of 124.8 mol of C3H6 gPt–1 h–1 that surpasses that of most of the Pt-based PDH catalysts reported. Density functional theory calculations reveal that the Pt shell plays dual roles in stabilizing the intermetallic core and modifying the electronic structure of the ensemble by inducing a compressive strain. This lattice strain downshifts the d-band center to a lower value of −3.02 eV and decreases propylene desorption energy to a level lower than the barrier energy of C–H breaking by 0.66 eV, resulting in enhanced coking resistance and reactivity.
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