乙炔是重要的化工原料，其工業合成方法主要包括電石法和天然氣部分氧化法🧑🏻‍🍼🧑🏿‍🎤，但這些方法都需要上千攝氏度的高溫。另一方面🏌️‍♀️，費托合成會產生大量混合低碳α-烯烴，而分離和利用這些混合低碳α-烯烴需要高成本的低溫技術。因此，利用混合α-烯烴生產乙炔具有潛在的環保和經濟價值🚥🙋‍♀️。同時🤼‍♀️，控製α-烯烴中碳碳鍵和碳氫鍵的選擇性斷裂具有重要的科學意義👨🏻‍⚖️。近日，意昂3体育官网化學與分子工程學院吳凱教授/周雄副研究員團隊與復旦大學劉智攀教授團隊合作，利用Pd(100)和AuPd合金實現了低碳α-烯烴（如乙烯、丙烯和1-丁烯）的選擇性斷鍵⛄️，產出乙炔和氫氣🦛。

研究團隊利用掃描隧道顯微鏡（STM）研究了C2~C4的α-烯烴在Pd(100)表面的吸附和解離過程。結果顯示，乙烯、丙烯和1-丁烯在低溫下會以分子形式吸附在表面♊️，而當α-烯烴分子在室溫條件下吸附或加熱至一定溫度時，STM圖像中出現形貌呈啞鈴狀雙暗點的表面乙炔物種。與襯底晶格比對表明🫱🏽，乙炔吸附在Pd(100)的四重空位🤞🏿。密度泛函理論（DFT）計算結果也表明，乙炔確實傾向於吸附在四重空位。在程序升溫脫附（TPD）實驗中，除了單晶氫氣脫附峰外🛹，還檢測到了乙烯、丙烯和1-丁烯在250K🔁、320K和305K的氫氣脫附峰。為了闡明反應機理💃🏼，作者通過DFT計算系統地探究了三種α-烯烴在Pd(100)表面解離為乙炔的過程。計算結果表明，乙烯、丙烯和1-丁烯的總反應勢壘分別為0.71eV、1.27eV和1.34eV，顯示出碳鏈越長♟，勢壘越高👆🏼🪰。此外，乙烯、丙烯和丁烯的脫氫勢壘分別為0.71eV、0.91eV和0.87eV🤞🏿，這與TPD實驗中氫氣脫附峰值（250K、320K和305K）一致。研究團隊進而在Pd(100)單晶上沉積Au原子，製備了AuPd表面合金，以改變其電子特性來實現乙炔脫附。與Pd(100)相比👠，AuPd表面合金在335.6 eV處出現了Pd 3d的新峰值🙍🏼‍♀️，這歸因於Au-Pd相互作用使部分d電子從Pd轉移到Au📜。相應的UPS光譜表明d電子中心偏離費米能級0.5eV☎，根據d電子中心理論𓀌🚴🏽，這意味著乙炔分子在AuPd合金表面的吸附強度可能會減弱。TPD實驗也的確檢測到了乙炔從預吸附了乙烯、丙烯和1-丁烯的表面脫附出來，並在455K、490K和505K出現相應的脫附峰☝🏿。

α-烯烴在Pd(100)表面選擇性裂解產乙炔和氫氣，並通過AuPd合金使得乙炔脫附的反應示意圖

綜上所述，在Pd(100)表面的四重空位，C2-C4 α-烯烴能夠選擇性熱裂解為乙炔🅾️🍮，並產生氫氣。通過AuPd表面合金改變d-帶中心，削弱乙炔在Pd(100)上的吸附強度😶，可以使乙炔從表面脫附🚟📵。該研究表明，AuPd合金催化劑能有效催化α-烯烴製備乙炔和氫氣。該方法的反應溫度較低☝️，相較於電石法和天然氣氧化法，顯著降低了能耗，從而提供了一條利用混合α-烯烴生產乙炔和氫氣的新路徑，具有潛在的環保和經濟價值。相關研究結果以“Selective Cleavage of α-Olefins to Produce Acetylene and Hydrogen”為題🦻🏽🚯，於4月22日在線發表在《美國化學會誌》（JACS）期刊上（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 18, 12850–12856）🌩。

該論文的共同第一作者分別是意昂3体育官网化學與分子工程學院已畢業博士生徐美佳和復旦大學博士研究生胡正陽👩🏿‍🦲🧖🏻‍♂️。吳凱、周雄和劉智攀為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學基金委👩‍🦰、科技部和北京分子科學國家研究中心的共同資助。