Pd、Pt等貴金屬納米粒子由于其獨(dú)特的化學(xué)和物理性質(zhì)，在許多化學(xué)催化反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。對于Pd NPs，其能夠催化C₂H₂半加氫為C₂H₄，但是由于C₂H₄在鄰近Pd位點(diǎn)上的強(qiáng)吸附而導(dǎo)致反應(yīng)物過渡氫化，生成不需要的乙烷。

迄今為止，提高Pd的原子效率和選擇性的主要策略有三種：

（1）用非貴金屬合金化Pd，但使Pd的d帶下移，導(dǎo)致對乙烯的吸附減弱，以提高選擇性，但以轉(zhuǎn)化為代價(jià)；

（2）在Pd上構(gòu)建多孔金屬氧化物涂層，以消除體相Pd-氫化物的形成；

（3）將連續(xù)的Pd系綜稀釋到單原子區(qū)域的極限，以鈍化一些活性位點(diǎn)，從而抑制過加氫。在這三種策略中，單原子催化劑表現(xiàn)出最高的貴金屬原子利用效率。

盡管如此，開發(fā)具有高活性和高選擇性的低負(fù)載Pd單原子催化劑仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

基于此，弗吉尼亞大學(xué)朱慧源、新加坡國立大學(xué)何遷和弗吉尼亞理工大學(xué)辛洪良等合成了具有可控原子層(4和7個(gè)原子層)的立方核/殼結(jié)構(gòu)納米晶(Cu/B2 CuPd)。

B2 CuPd的有序金屬間化合物層具有高表面密度的活性Pd位點(diǎn)，這些活性Pd位點(diǎn)被Cu隔離在B2金屬間化合物基體中。

由于貴金屬組分只存在于表面的少數(shù)幾個(gè)原子層中，并且是單原子形式的，這種獨(dú)特的體系繼承了最大化原子效率和選擇性穩(wěn)定關(guān)鍵反應(yīng)吸附質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，研究人員進(jìn)一步研究了Cu/B2 CuPd在乙炔(C₂H₂)加氫反應(yīng)中的催化性能。

具體而言，具有相對較低的Pd負(fù)載量的Cu/B2 CuPd(5.3 at.% Pd，表示為Cu/B2 CuPd-1)在90 °C，50 sccm的0.5% C₂H₂和3% H₂的Ar氣氛中，C₂H₂的轉(zhuǎn)化率為40%，C₂H₄的選擇性為99.2%。

此外，通過調(diào)節(jié)催化劑中Pd的比例可以調(diào)控催化劑的活性和選擇性：在1000 °C時(shí)，Pd載量為9.5 at.%的Cu/B2 CuPd-2催化劑的C₂H₄選擇性達(dá)到95.2%，C₂H₂的轉(zhuǎn)化率為100%。

以上結(jié)果表明，增加Pd負(fù)載量可以顯著提高Cu/B2 CuPd催化劑的活性，同時(shí)由于B2金屬間化合物CuPd殼層中Pd單位點(diǎn)的存在，其仍然可以保持較高的C₂H₄選擇性。總的來說，該項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了Pd活性中心幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的同時(shí)調(diào)控以增強(qiáng)催化性能，為制備高貴金屬原子利用率的單原子催化劑提供了一種新的合成方法。

Atomic Layers of B2 CuPd on Cu Nanocubes as Catalysts for Selective Hydrogenation. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c06514