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在乙炔半加氫反應中，與金屬納米顆粒催化劑相比，原子分散金屬催化劑或單原子催化劑(SAC)具有最高的金屬利用效率，以及對乙烯具有優異的選擇性。然而，這些催化劑通常在相對較高的溫度下工作，在保持高選擇性的同時實現低溫反應性仍然是一個挑戰。

基于此，北京大學馬丁和中科院金屬研究所劉洪陽等利用雙原子催化劑(DAC)對納米金剛石石墨烯(ND@G)進行修飾，在ND@G形成具有Pd₁-Cu₁鍵原子對(Pd₁Cu₁/ND@G)。

乙炔加氫試驗結果顯示，Pd₁Cu₁/ND@G表現出優異的C₂H₂選擇性(>90%)，并且其在110°C就能夠將乙炔完全轉化；Pd₁Cu₁/ND@G在110°C下的質量活性為243.7 mol_C2H2 mol_metal^-1 h^-1，分別是Pd₁/ND@G和Cu₁/ND@G的1.3倍和251倍。

此外，Pd₁Cu₁/ND@G還具有優異的反應穩定性，在長時間測試(100小時)期間活性衰減可以忽略不計，并且沒有觀察到催化劑的顯著結構變化。

密度泛函理論(DFT)計算表明，ND@G上Pd₁-Cu₁雙原子位點具有以下三個優點:

1.它為反應物的同時吸附提供了有利的位點，從而將反應物的競爭性吸附過程轉變為非競爭過程；

2.由于原子配對，調控的電子結構有利于反應物更強的吸附；

3.它改變了反應路徑，從而為C₂H₂到C₂H₄的轉化提供了較低的勢壘，因此反應性顯著增強。這項工作為通過在原子水平上調控催化位點的配位環境來設計用于低溫加氫的DAC提供了一種策略。

Low-Temperature Acetylene Semi-Hydrogenation over the Pd₁-Cu₁ Dual-Atom Catalyst. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c07208

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