通讯作者：Ting Sun，Jiangyong Diao，Hongyang Liu追求节能和环境保护一直是催化领域的热点，这与高效催化剂的合理设计和对催化反应机制的深入了解是分不开的。在这项工作中，在原子分散的Sn装饰纳米金刚石/石墨烯（Sn-ND@G）杂化载体上制备了完全暴露的Pt团簇，并用于乙苯（EB）直接脱氢（DDH）到苯乙烯（ST）。详细的结构特征显示，完全暴露的Pt团簇稳定在Sn-ND@G上，并借助于原子分散的Sn物种的空间分离。所制备的Pt/Sn-ND@G催化剂的ST产率有所提高（136.2molEB·molPt-1·h-1EB转化率和99.7% ST选择性）和与传统的ND@G负载的Pt纳米颗粒催化剂（Pt/ND@G）相比，EB DDH反应在500°C下具有良好的长期稳定性。ST更倾向于从完全暴露的Pt团簇中解吸，从而增强了Pt/Sn-ND@G催化剂的DDH催化性能。本文为设计高分散和稳定的DDH反应负载金属催化剂开辟了一条新的途径。ND@G提供了有缺陷的锚定位点和原子分散的Sn空间分离的Pt团簇，从而协同得到这种独特的完全暴露的Pt团簇催化剂（Pt/Sn-ND@G）。HADDF-STEM和XAFS结果表明，与纯ND@G相比，Sn-ND@G在高温DDH反应中可以促进Pt的分散并保持其完全暴露的结构。原位漫反射红外光谱证实，Pt/Sn-ND@G（完全暴露的Pt团簇）比Pt/ND@G（Pt NPs）更容易解吸ST，表明该产物不易裂解形成碳沉积，导致EB DDH反应中ST产率高，Pt/Sn-ND@G稳定性好。
图1：（a）在Sn-ND@G支撑上完全暴露的Pt团簇的合成示意图。Pt/Sn-ND@G催化剂的（b）STEM图像和（（c）-（e））EDX映射图像。EDX映射图像显示，Sn原子和Pt原子几乎处于相同的位置。（Sn和Pt物种分别用（d）和（e）中的黄色方框突出显示）。在低（f）和高（G）放大倍数下的Pt/Sn-ND@G的AC-HAADF-STEM图像。将团簇大小的统计结果插入到（f）中，Pt和Sn原子分别在（g）用红色和绿色的圆圈突出显示。（g）中的插图：全曝光的Pt簇（以黄色三角形突出显示）的高倍率AC-HAADF-STEM图像和侧面（左）和倾斜（右）视图的示意图模型（Pt和支架分别为蓝色和灰色）。（h）沿（g）中黄色虚线提取的线轮廓，表明Pt和Sn物种是相邻的。
图2：（a） Pt/Sn-ND@G和Pt/ND@G的Pt 4f XPS光谱。（b）Pt L3-edge XANES光谱。（c） k3-edge EXAFS谱的傅里叶变换和（d）Pt/Sn-ND@G、Pt/ND@G、Pt箔和PtO2的小波变换（WT）分析。
图3：（a）Pt/Sn-ND@G和Pt/ND@G的乙苯脱氢活性。（b）不同催化剂的失活常数（0.5/10h稳态活性数据）。苯乙烯在（c）Pt/Sn-ND@G和（d）Pt/ND@G上的原位漂移：第一条曲线是苯乙烯饱和吸附的漂移。蓝色和橙色的矩形分别表示苯骨架和C=C的化学振动区域。（e）Pt/Sn-ND@G对乙苯直接脱氢的稳定性试验。所显示的数据已分别从Sn-ND@G和ND@G支持的活动中扣除。反应条件：50mg催化剂，T=500°C，流速=10mL·min-1,2.8%乙苯通过氦气平衡。
图4：（a）M/ND@G（M = Ru, Rh, and Ir）和（b）M/Sn-ND@G在EB DDH反应中的催化性能。催化剂的（c）转化率和（d）失活常数（5h稳态活性的转化率数据，以及0.5/10h稳态活性的失活常数数据）。反应条件：50mg催化剂，T=500°C，流速=10mL·min-1,2.8%乙苯通过氦气平衡。参考文献: Linlin Wang, Xuetao Qin, Ting Sun, Xiangbin Cai, Mi Peng, Zhimin Jia, Xiaowen Chen, Ning Wang, Jiangyong Diao, Hongyang Liu, and Ding Ma. Fully-exposed Pt clusters stabilized on Sn-decorated nanodiamond/graphene hybrid support for efficient ethylbenzene direct dehydrogenation. Nano Research. 2022. doi: 10.1007/s12274-022-4650-6.
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