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Ga-Al₂O₃（Ga_xAl_2-xO₃）加入痕量Pt促進，通過雙功能機理，因此產生優異的丙烷脫氫（PDH）催化活性和選擇性。四面體配位結構Ga（Ga^IV）能夠催化C-H解離，Pt促進氫復合生成H₂。為了最大化的利用Pt和Ga，理解兩種催化活性物質的功能之間的平衡或者確定“理想結構”（ideal regime）非常重要。

有鑒于此，韓國科學技術院（KAIST）Minkee Choi等開發了能夠定量研究Pt和Ga^IV位點催化活性的技術。

本文要點：

（1）

這項研究使用H₂-D₂交換反應速率（rHD, H₂–D₂ exchange rates）和丙烯化學吸附（Q(Ga_{IV, surf}）作為Pt和Ga^IV催化作用的指標。

當Pt的量達到Ga^IV，（rHD/Q(Ga_{IV, surf})>0.3mol_HD mol_GaIV,surf^–1 s^–1），催化劑表現理想的催化活性。在重復性反應測試和催化循環過程中，Pt燒結導致催化劑失活，因此兩種催化劑之間不平衡。特別是Pt含量更高的催化劑比Pt含量低的催化劑具有更快的活性衰減，這是因為更高的Pt導致燒結更快。

（2）

通過摻雜少量Ce³⁺能夠產生更強的金屬-載體相互作用，有效的阻礙Pt燒結。因此，通過優化Ga和Pt的用量，并且加入Ce³⁺摻雜穩定Pt，能夠在最少貴金屬用量的同時維持優異催化活性。

當Pt用量僅為100 ppm，Ga用量為1 wt%，催化劑具有優異的催化活性、選擇性、穩定性，表現達到Pt用量為7000 ppm（0.7 wt %）的PtSn/γ-Al₂O₃標桿催化劑的性能。

參考文獻

Susung Lee, Han Chang Kwon, Jaewoo Jeong, Hyeyoung Shin, DongHwan Oh, Jin Seok, Jeong-Chul Kim, and Minkee Choi*, Ideal Bifunctional Catalysis for Propane Dehydrogenation over Pt-Promoted Gallia-Alumina and Minimized Use of Precious Elements, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.4c13787

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c13787