由于对乙烯的需求不断增长，乙烷催化脱氢为乙烯是一个越来越具有挑战性的反应。直接脱氢（DDH）由乙烷生产乙烯为吸热反应，需要在550-700°C范围内具有较高的反应温度。常见的催化剂是Pt-Sn合金和γ-氧化铝负载的氧化铬，它们都具有许多缺点，例如催化剂快速焦化，Pt基催化剂的高成本（也可能导致烧结）以及Cr基催化剂的高毒性。Ga2O3基催化剂作为烷烃脱氢的潜在催化剂已引起人们的兴趣。然而，目前缺乏对烷烃脱氢机理以及Ga在Ga/Al₂O₃催化剂中的作用的了解。

有鉴于此，特拉华大学Dionisios G. Vlachos等人，采用密度泛函理论计算和微动力学分析研究了Ga修饰的γ-Al₂O₃(110)表面对乙烷脱氢反应的催化效果，并阐明了Ga和Al位点之间的协同作用。

本文要点

1）采用Ga接枝或掺杂两种方法对模型表面进行修饰。考虑和分析许多活性位点，并使用微动力学分析对它们进行排序。对共沉淀法制备的Ga₂O₃-Al₂O₃混合氧化物上乙烷脱氢反应的动力学参数与实验值进行了比较。

2）主要的反应途径是通过杂化的C–H键解离到表面质子和经过β-氢化物消除的金属-碳负离子中间体。接枝的Ga位点是催化惰性的。相反，由于邻近的AlIII和GaIV位点之间的协同作用，镓掺杂位点比原始Al2O3上的位点表现出5倍的催化活性增强。

3）此外，建模和调查表面羟基化的影响，证明表面水如何干扰上述AlIII和GaIV位点之间的协同作用，并讨论对改性表面催化活性的影响。研究发现，H₂O分压的增大显著提高了脱氢反应的表观活化能，并改变了最活性位点。

参考文献：

Sai Praneet Batchu et al. Ethane Dehydrogenation on Single and Dual Centers of Ga-modified γ-Al₂O₃. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.0c03536

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c03536