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串聯(lián)和協(xié)同催化可以通過減少分離、耦合反應(yīng)來控制反應(yīng)的選擇性，從而徹底改變化學(xué)生產(chǎn)，其應(yīng)用包括單位點或多米諾反應(yīng)，含交換流體相中間體的多位點系統(tǒng)，以及界面催化。一些復(fù)雜的生物分子組裝體可以在催化劑位點之間按順序傳遞活性中間體，但多相催化劑通常沒有實現(xiàn)這一目的所需的不同功能的精確定位，對反應(yīng)中間體精確的時空控制仍然難以捉摸。

丙烯是一種重要的工業(yè)中間體，在供應(yīng)和需求之間存在缺口。非氧化丙烷脫氫(PDH)受限于吸熱和反應(yīng)平衡，需要較高的溫度才能達到商業(yè)上可行的單次產(chǎn)率。丙烷氧化脫氫(ODHP)可以克服平衡限制，避免熱裂解，但丙烷氧化脫氫制丙烯和水的催化劑的選擇性隨著轉(zhuǎn)化率的增加而降低，因為丙烯本身比丙烷更容易被氧化。

針對這個問題，美國西北大學(xué)Peter C. Stair和Justin M. Notestein在Science上發(fā)表文章，通過將一種選擇性氫燃燒催化劑In₂O₃(一種約2 nm厚的In₂O₃)置于丙烷脫氫催化劑上，并將鉑納米顆粒支撐在氧化鋁球上，從而創(chuàng)造出納米級的串聯(lián)催化劑。這種涂層使鉑納米顆粒暴露，以便丙烷脫氫。在氧化銦-鉑界面處，表面氫原子被氧化。

具體地，作者使用原子層沉積法在Pt/Al₂O₃上生長In₂O₃，這種納米結(jié)構(gòu)通過表面氫原子轉(zhuǎn)移使結(jié)構(gòu)域動態(tài)耦合，導(dǎo)致鉑將丙烷脫氫(PDH)轉(zhuǎn)化為丙烯。然后用In₂O₃選擇性燃燒氫，而不過度燃燒碳氫化合物。其他納米結(jié)構(gòu)，包括鉑在氧化銦上或鉑與氧化銦的混合，都有利于丙烷燃燒，因為它們不能有序地組織反應(yīng)。其凈效果是丙烷在超過PDH平衡的高產(chǎn)量下快速而穩(wěn)定的氧化脫氫，這種方法使丙烯的產(chǎn)量提高到30%。使用這種納米尺度的催化劑的串聯(lián)催化有望實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)中的高選擇性。

最新Science：絕了！選擇性催化，精確控制反應(yīng)！