在本文中，作者報道了一種在常溫常壓下實現(xiàn)乙烷光催化非氧化脫氫制乙烯和氫氣的新策略，通過在銳鈦礦型TiO₂納米顆粒表面光沉積Pd納米粒子，并嫁接Ni單原子調控其表面電子結構，從而改變乙烷脫氫路徑。

在液流反應器中，采用最優(yōu)的T-Ni_{16px; line-height: 1.75em;"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"node",{"tagName":"span","attributes":{"mpa-font-style":"mh4iwsy81k4h","style":"font-size: 15px; font-family: mp-quote, -apple-system-font, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif;","data-mpa-action-id":"mh4iz1o1s79","data-pm-slice":"0 0 []"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"},"node",{"tagName":"sub","attributes":{"style":"color: #000000;","leaf":","mpa-font-style":"mh4iz1n4249"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"}]">0.6}Pd_0.24光催化劑，在太陽光照射下實現(xiàn)乙烷向乙烯和氫氣的化學計量轉化，產率高達8.2 ± 0.2 mmol·g^-1·h^-1，乙烯選擇性達100%。

在350 nm波長下，表觀量子效率達到約22.3%。

該太陽能驅動的非氧化烷烴脫氫路徑為高效、高選擇性地制備輕質烯烴提供了新途徑。

圖1：雙金屬位點修飾半導體光催化劑的設計原理。元素H、C、Pd和Ni分別用粉色、灰色、綠色和橙色球表示。

圖2：制備過程示意圖及結構表征。a T-Ni_0.6Pd_0.24的HAADF-STEM圖像，其中Ni原子用紅圈標出。插入圖展示了沿(a)中標記的藍色矩形區(qū)域測量的線掃描結果。b, c, d, e, f, g (b–g) T-Ni_0.6Pd_0.24的HAADF和EDX mapping圖像。黃色、藍色、綠色和紅色分別代表Ti (c)、O (d)、Ni (e)和Pd (f)元素。h T-Ni_0.6Pd_0.24的k³加權Ni-K邊EXAFS傅里葉變換譜（插圖，接枝在TiO₂ NPs表面的孤立Ni原子的局部幾何結構）。灰色球代表末端氧（O₁），紅色球代表晶格氧（O₂），包括表面橋接氧。綠色球代表三個水分子中的配位氧（O₃）。i T-Ni_0.6Pd_0.24的k³加權Pd-K邊EXAFS傅里葉變換譜（插圖，光沉積在TiO₂ NPs表面的Pd NPs的結構模型）。源數據隨論文提供。

圖3：模擬太陽光照射下光催化劑的光催化活性和選擇性。a TiO₂、T-Ni_0.6、T-Pd_0.24和T-Ni_0.6Pd_0.24催化劑在間歇式反應器中的光催化非氧化乙烷脫氫活性（n=5次獨立重復實驗）。b 所有催化劑在間歇式反應器中的乙烯選擇性（n=5次獨立重復實驗）。c T-Ni_0.6Pd_0.24在間歇式反應器中的光催化循環(huán)實驗，每個循環(huán)持續(xù)4 h。a-c在間歇式反應器中的反應條件：5 mg催化劑，C₂H₆: Ar=1: 99，反應時間4 h，照射強度300 mW cm^-2（300 W氙燈，AM 1.5 G濾光片）。d T-Ni_0.6Pd_0.24光催化劑在流動反應器中不同總流速下的光催化NOEDH性能（n=5次獨立重復實驗）。e T-Ni_0.6Pd_0.24催化劑在流動反應器中10小時的穩(wěn)定性測試。f T-Ni_0.6Pd_0.24催化劑的波長依賴性AQE作用譜（n=5次獨立重復實驗）。d-f在流動反應器中的反應條件：5 mg催化劑，C₂H₆: Ar = 9: 91，反應時間10 h，照射強度300 mW cm^-2（300 W氙燈，AM 1.5 G濾光片）。源數據隨論文提供。

圖4：光催化機理和反應路徑。a ¹³CH₃¹²CH₃同位素標記結果：脫氫產物C₂H₄的質譜圖。b T-Ni_0.6、T-Pd_0.24和T-Ni_0.6Pd_0.24光催化劑在黑暗和太陽光照射下暴露于C₂H₆氣氛中的原位DMPO捕獲EPR譜。c C₂H₆轉化為C₂H₄在T-Ni_0.6、T-Pd_0.24和T-Ni_0.6Pd_0.24催化劑上的反應能量圖。d T-Pd_0.24光催化劑的差分電荷密度圖。e 吸附C₂H₆的T-Pd_0.24光催化劑的差分電荷密度圖。f T-Ni_0.6Pd_0.24光催化劑的差分電荷密度圖。g 吸附C₂H₆的T-Ni_0.6Pd_0.24光催化劑的差分電荷密度圖。黃色和青色區(qū)域分別對應電子密度增益（積累）和損失（耗盡）。h,i T-Ni_0.6Pd_0.24在黑暗和光照條件下的原位XPS譜（Ni 2p Pd 3d）。j T-Ni_0.6Pd_0.24中電荷轉移機理示意圖。源數據隨論文提供。

綜上，作者報道了一種新型光催化非氧化乙烷脫氫（NOEDH）策略，通過將Ni單原子錨定在Pd/TiO₂表面，構建雙金屬協(xié)同活性位點，實現(xiàn)了在常溫常壓下乙烷高效、高選擇性地轉化為乙烯和氫氣。

鎳（Ni）單原子的引入不僅調控了Pd納米粒子的電子結構，顯著降低了乙烯脫附能壘，還抑制了C-C鍵斷裂和積碳副反應的發(fā)生，使乙烯選擇性達到100%，產率高達8.2 mmol g^-1 h^-1，表觀量子效率達22.3%。

該催化劑在連續(xù)流動反應中展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，10 h內無失活、無積碳，產物比例接近理論化學計量比，具有顯著的經濟和工業(yè)應用潛力。

本研究不僅突破了傳統(tǒng)熱催化乙烷脫氫在高溫高能耗方面的瓶頸，也為光催化烷烴轉化提供了新的路徑。