烷烴的非氧化脫氫在熱力學上不利，為了實現一定的轉化率，反應需要在極高的溫度下進行。發展基於光驅動的烷烴脫氫策略可以突破傳統熱力學平衡極限的制約，實現在更低溫度下的高轉化率。不過，這些光催化體系的效率還比較低，特別是還不能在純可見光照射下進行反應。因此，開發高效的光催化劑，能夠利用占整個太陽能96%的可見光和紅外光來驅動烷烴反應是非常有吸引力的，但仍然存在巨大的挑戰。近日，吉林大學李路教授課題組報道了一種新型「單原子Pt集合」修飾的黑色二氧化鈦光催化劑，其中幾個Pt單體彼此靠近，但沒有直接成鍵。該材料在室溫可見光到近紅外光下表現出高效的烷烴脫氫性能。對於甲烷反應，單次轉化率達8.2%，特別值得注意的是，產物中丙烷的選擇性為65%，而不是更常見的偶聯產物乙烷，機理研究揭示甲烷經過分子內脫氫生成卡賓中間體。對於其它C2+飽和烷烴，可快速脫氫製得相應的烯烴。本文研究了Pt修飾的BT-O在純可見光甚至紅外光的驅動下實現了甲烷、各種短鏈和環烷烴的高效非氧化脫氫。Pt物種的聚集程度可以是分離的Pt單體或Pt單體的集合，這取決於選擇的金屬前驅體類型。結果表明，Pt集合的聚集程度對反應路徑和產物選擇性起着決定性作用。具體地說，Pt單體的聚集度使甲烷可以通過甲基卡賓中間體選擇性地產生丙烷，而孤立的Pt單體則排除了碳鏈生長的途徑。本文還從鉑單體氧化態可以通過調節光吸收能力和對卡賓中間體的穩定性來進一步提升光催化性能。考慮到甲基卡賓是典型的親電試劑，氧化態較低的Pt+可能比Pt2+更能有效地結合和穩定卡賓中間體。另外Pt+具有更強的光吸收能力，這些因素共同導致了聚集的Pt+單體具有更高的催化活性，更能以獨特的尺寸依賴選擇性活化惰性的C-H鍵。Zhang, L., Liu, L., Pan, Z. et al. Visible-light-driven non-oxidative dehydrogenation of alkanes at ambient conditions. Nat Energy (2022).DOI：10.1038/s41560-022-01127-1https://www.nature.com/articles/s41560-022-01127-1加微信群方式：添加編輯微信18065920782，備註：姓名-單位-研究方向（無備註請恕不通過），由編輯審核後邀請入群。原位XPS、原位XRD、原位Raman、原位FTIR
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