Pd基催化劑廣泛用于選擇性加氫反應(yīng)，其中表面結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)是提高目標(biāo)產(chǎn)物收率的關(guān)鍵因素。然而，對(duì)合理設(shè)計(jì)Pd基催化劑表面結(jié)構(gòu)及其催化性能的預(yù)測(cè)模型的研究很少。

基于此，北京化工大學(xué)程道建教授（通訊作者）等人以PdAg雙金屬催化乙炔選擇性加氫為探針?lè)磻?yīng)，結(jié)合密度泛函理論計(jì)算和微動(dòng)力學(xué)模型，基于結(jié)構(gòu)描述符揭示了PdAg雙金屬的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，定性地反映了配體效應(yīng)和應(yīng)力效應(yīng)對(duì)反應(yīng)物吸附的影響。

首先建立了具有3種原子排列的PdAg雙金屬催化劑板坯模型，分為Ag修飾Pd宿主（Ag_x@Pd，x = 1-8），Pd修飾Ag宿主（Pd_y@Ag，y = 1-8）和PdAg合金（Ag/Pd = 1/3，1/1和3/1）。每個(gè)雙金屬表面的形成能都低于純Pd的形成能，因此所有雙金屬表面都是穩(wěn)定的。

隨著C₂H₂和H的共吸附，大部分Ag_x@Pd和Pd_y@Ag的偏析能為正值，意味著大多數(shù)體系很可能發(fā)生偏析并形成混合的PdAg表面。然而對(duì)于PdAg合金，偏析能均為負(fù)值，表明原始結(jié)構(gòu)的抗偏析穩(wěn)定性。

基于最穩(wěn)定的PdAg表面構(gòu)型，研究了C₂H₂選擇性氫化路徑。大多數(shù)模型中生成CHCH₃的能壘高于C₂H₄，而生成C₂H₄的速率決定步驟是C₂H₂的第一個(gè)加氫步驟。對(duì)于PdAg合金，Pd₁Ag₃在C₂H₂加氫第一步中的能壘最低（0.12 eV）。

隨著Ag_x@Pd和Pd_y@Ag中Ag和Pd的增加，C₂H₄產(chǎn)率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。PdAg合金也表現(xiàn)出相同的火山形趨勢(shì)，其中Pd₁Ag₃在這種原子排列中具有最高的乙烯產(chǎn)率。

Rational Design of PdAg Catalysts for Acetylene Selective Hydrogenation via Structural Descriptor-based Screening Strategy. ACS Catal., 2022, DOI: 10.1021/acscatal.2c05498.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c04918.