​三单位联合JACS：Cu纳米立方体上构建B2 CuPd原子层，实现选择性催化乙炔加氢

Pd、Pt等贵金属纳米粒子由于其独特的化学和物理性质，在许多化学催化反应中发挥着重要作用。对于Pd NPs，其能够催化C₂H₂半加氢为C₂H₄，但是由于C₂H₄在邻近Pd位点上的强吸附而导致反应物过渡氢化，生成不需要的乙烷。

迄今为止，提高Pd的原子效率和选择性的主要策略有三种：

（1）用非贵金属合金化Pd，但使Pd的d带下移，导致对乙烯的吸附减弱，以提高选择性，但以转化为代价；

（2）在Pd上构建多孔金属氧化物涂层，以消除体相Pd-氢化物的形成；

（3）将连续的Pd系综稀释到单原子区域的极限，以钝化一些活性位点，从而抑制过加氢。在这三种策略中，单原子催化剂表现出最高的贵金属原子利用效率。

尽管如此，开发具有高活性和高选择性的低负载Pd单原子催化剂仍然是一个挑战。

基于此，弗吉尼亚大学朱慧源、新加坡国立大学何迁和弗吉尼亚理工大学辛洪良等合成了具有可控原子层(4和7个原子层)的立方核/壳结构纳米晶(Cu/B2 CuPd)。

B2 CuPd的有序金属间化合物层具有高表面密度的活性Pd位点，这些活性Pd位点被Cu隔离在B2金属间化合物基体中。

由于贵金属组分只存在于表面的少数几个原子层中，并且是单原子形式的，这种独特的体系继承了最大化原子效率和选择性稳定关键反应吸附质的优点。同时，研究人员进一步研究了Cu/B2 CuPd在乙炔(C₂H₂)加氢反应中的催化性能。

具体而言，具有相对较低的Pd负载量的Cu/B2 CuPd(5.3 at.% Pd，表示为Cu/B2 CuPd-1)在90 °C，50 sccm的0.5% C₂H₂和3% H₂的Ar气氛中，C₂H₂的转化率为40%，C₂H₄的选择性为99.2%。

此外，通过调节催化剂中Pd的比例可以调控催化剂的活性和选择性：在1000 °C时，Pd载量为9.5 at.%的Cu/B2 CuPd-2催化剂的C₂H₄选择性达到95.2%，C₂H₂的转化率为100%。

以上结果表明，增加Pd负载量可以显著提高Cu/B2 CuPd催化剂的活性，同时由于B2金属间化合物CuPd壳层中Pd单位点的存在，其仍然可以保持较高的C₂H₄选择性。总的来说，该项研究实现了Pd活性中心几何结构和电子结构的同时调控以增强催化性能，为制备高贵金属原子利用率的单原子催化剂提供了一种新的合成方法。

Atomic Layers of B2 CuPd on Cu Nanocubes as Catalysts for Selective Hydrogenation. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c06514