Nat. Nanotech：悉尼大学液态合金动态选择性催化

一、【导读】

对于非均相催化剂，原子的分散和活性位点上的排列通常决定了反应途径。根据它们的相互构型，吸附在活性位点上的反应物可以产生一组可能的紧密间隔的势垒，这些势垒最终决定了产物的选择性。然而，在原子水平上调控催化剂，使其与特定反应物的构型一致，同时保持其结构完整性具有很大的挑战性。这些挑战限制了许多固态催化剂的应用。相比之下，液体状态下的催化原子表现出独特的表面特征和空间流动性，这为多相催化设计提供了新的思路。例如，使用液态镓作为催化反应的溶剂能够获得分散良好的金属原子构型，从而导致相邻液态原子的活化和迁移率诱导的活性增强的独特催化现象。

二、【成果掠影】

近日，悉尼大学Md. Arifur Rahim和Kourosh Kalantar-Zadeh研究团队为了深入了解液态金属催化剂的机理，展示了一种GaSn_0.029Ni_0.023液态合金，可用于不同烃源化合物选择性合成丙烯。由于可迁移性，液态Sn, Ni和Ga原子的动态自主定位可以产生特定的构型。实验分析和计算模型证实了一种特殊的反应机制，通过这种机制，Sn从界面中突出，相邻的Ni在界面层下方与癸烷分子精确对齐，从而促进丙烯的产生。然后，将该反应途径应用于可再生烃菜籽油，丙烯选择性转化率达到了~94.5%。该研究结果提供了液态金属催化剂的机理解释，并展示了该技术实际应用的潜力。相关研究成果以“Dynamic configurations of metallic atoms in the liquid state for selective propylene synthesis”发表在期刊Nature Nanotechnology上。

三、【核心创新点】

通过GaSn_0.029Ni_0.023液态合金研究了不同烃源化合物选择性合成丙烯的机理，将其应用于可再生烃菜籽油，丙烯选择性转化率可达~94.5%。

四、【数据概览】

图1 GaSn_0.029Ni_0.023催化剂的示意图和计算模拟© 2023 Springer Nature

图2癸烷转化合成丙烯的实验与计算结果© 2023 Springer Nature

图3菜籽油转化合成丙烯的示意图及实验结果© 2023 Springer Nature

五、【成果启示】

以GaSn_0.029Ni_0.023为催化剂，对不同烃源化合物选择性合成丙烯的机理进行了研究。Ga矩阵中原子构型的动态性质为与反应物的特定排列提供了机会，从而提供了选择性的反应途径。通过构型定向反应途径，在~150℃的温和加热下，烃类(包括癸烷和菜籽油)主要在GaSn_0.029Ni_0.023催化剂的界面上转化为丙烯。该反应体系还证明了从菜籽油转化合成丙烯的可扩展性和耐久性。该研究成果进一步开拓和加深了对于液态金属催化剂的理解，同时为以后液态金属催化剂的设计与合成提供了指导。

文献链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-023-01540-x

本文由小艺撰稿。