王心晨团队汪思波课题组在光催化丙烷脱氢取得新进展

近期，王心晨团队汪思波课题组，在Angewandte Chemie International Edition上发表了题为“Cooperation of PtO₂ and Adjacent Pt₁ on In₂O₃ Photocatalysts for Unity-Selective Propane Dehydrogenation”的研究论文。该论文构建了PtO₂/Pt₁-In₂O₃双位点光催化剂，利用光活化PtO₂纳米颗粒与相邻Pt单原子协同，在模拟太阳光、无外部加热条件下实现丙烷高选择性脱氢制丙烯，为太阳能驱动烷烃高值化转化提供了设计思路。

丙烯是化工行业的核心原料，丙烷脱氢（PDH）已成为制备丙烯日益重要的专用工艺路线。传统热催化丙烷脱氢以金属铂为最常用活性物相，反应通常需要高于550 ℃的操作温度。苛刻的反应条件，加之铂颗粒本身易发生C–C键断裂与深度脱氢，不可避免地带来巨大能耗，同时引发烧结、积碳与过度氧化问题，造成催化剂快速失活。

因此，开发可在温和条件下运行、同时保持高活性与高选择性的丙烷脱氢技术，一直是领域内的长期难题。太阳能驱动光催化提供了一种完全不同的思路，它可以规避热平衡限制，利用光生载流子实现C–H键活化。理论上，电荷介导的反应路径能够实现低温丙烷脱氢，抑制积碳生成并提升选择性。尽管前景广阔，实用型光催化丙烷脱氢体系仍然十分少见，主要原因在于缺少光响应活性物相：这类物相需要选择性活化强C–H键，同时高效分离并利用光激发产生的电子与空穴。

本研究证实光活化PtO₂是一种高效且可再生的丙烷脱氢光活性物相。在PtO₂/Pt₁-In₂O₃催化剂体系中，PtO₂纳米颗粒（NPs）作为富集空穴的氧化中心，促进C–H键活化；嵌入In₂O₃晶格的相邻铂单原子（SAs，Pt₁）作为捕获电子的位点，加速氢气析出。这种双位点结构实现定向电荷分离，将氧化半反应与还原半反应在不同铂物种上空间分离，得到高达1322.35 μmol ⁻¹ h⁻¹的丙烯生成速率，选择性接近100%，突破了传统热催化高温、易过度脱氢和积碳失活的限制。为太阳能驱动低碳烷烃脱氢制烯烃提供了温和、高选择性且可再生的新策略。

PtO₂/Pt₁-In₂O₃的光催化PDH反应路径示意图

这一成果发表在Angewandte Chemie International Edition上，论文的第一作者为福州大学化学学院2023届硕士研究生周佳，汪思波和王心晨教授为论文的通讯作者，为本研究提供了重要的指导。这项研究工作得到了国家自然科学基金等项目的大力支持。

论文信息：“Cooperation of PtO₂ and Adjacent Pt₁ on In₂O₃ Photocatalysts for Unity-Selective Propane Dehydrogenation”, Jia Zhou, Fen Wei, Longjian Li, Shiya Chen, Xiahui Lin, Wei Lin, Kunlong Liu, Xue Feng Lu, Weiren Cheng, Yidong Hou, Sibo Wang*, and Xinchen Wang*, Angewandte Chemie International Edition, 2026, https://doi.org/10.1002/anie.1300481