Atomically Defined Pd 2 -Cu 1 Integrated Clusters Break the Activity–Selectivity Trade-Off in Alkyne Semihydrogenation

选择性 乙炔 合理设计 密度泛函理论 纳米技术 催化作用 材料科学 炔烃 乙烯 化学 多相催化 吸附 工作(物理) 组合化学 光谱学 离子键合 化学吸附 催化循环 科技与社会
作者
Yihui Cai,Chunfa Li,Wenjing Guo,Qi Zhou,Xin Zhang,S H Wang,Chunxiao Jin,Renqin Chang,Yuxue Yue,Jia Zhao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (3): 2363-2374
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c07420
摘要

Designing catalytic systems that overcome the intrinsic trade-off between activity and selectivity remains a fundamental challenge in selective alkyne hydrogenation. Here, we report a preconstruction strategy (PCS) to precisely assemble Pd2-Cu1 integrated clusters (ICs) stabilized by ionic liquids, achieving fully exposed active sites with 100% atomic utilization. This rational design enables nearly complete conversion of acetylene with >99% ethylene selectivity and durability over 800 h of continuous operation. Compared to conventional impregnation methods, the PCS ensures atomic-level control over the coordination environment and electronic structure, as validated by advanced spectroscopy and density functional theory calculations. The optimized C2H2/C2H4 adsorption behavior and the tailored hydrogenation pathway over Pd2-Cu1 ICs significantly lower the energy barriers for key intermediates while suppressing overhydrogenation. This work establishes a generalizable bottom-up design principle for constructing atom-efficient, stable, and selective hydrogenation catalysts, offering a transformative route for the development of next-generation heterogeneous catalysts.
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