火山曲线已被证明在多相催化领域的新催化剂设计中特别有用。另一方面，对于一个给定的反应，进一步提高最优催化剂的性能固有地受到萨巴捷原则(Sabatier principle)的限制。

有鉴于此，华东理工大学朱贻安教授等人，对单原子掺杂Ga₂O₃催化剂在丙烷脱氢反应(PDH)中的吸附和催化行为进行了微观动力学分析，结果表明，Lewis酸碱相互作用可以突破火山形状的活动图，使其有可能获得比火山图顶部附近活性最高催化剂更好的催化性能。

本文要点

1）结合DFT计算，微动力学分析和实验来设计用于PDH的M₁-Ga₂O₃（M = Mn-Cu，Ru-Ag和Os-Au）催化剂。首先研究了M₁-Ga₂O₃的稳定性，几何结构和电子结构。然后，建立化学吸附能的比例关系，讨论了路易斯酸碱相互作用的关键作用。

2）其次，当在金属氧化物表面上存在或不存在路易斯酸碱相互作用时，会鉴定出不同的反应性描述符。结果表明，在存在和不存在Lewis酸碱相互作用时，M-O位点上的H＆H共吸附和在O顶部的H吸附的形成能分别为两种不同的反应活性描述符，其活性曲线表现为直线和火山曲线。此后，通过考察催化剂的活性、稳定性和选择性，确定了最佳催化剂，表明Lewis酸碱相互作用可以突破火山型活性图。

3）最后，通过实验验证了理论预测的候选催化剂。进一步的实验证明，理论上预测的候选催化剂Ir₁-Ga₂O₃比先前报道的痕量Pt促进的Ga₂O₃催化剂更有效，这为合理设计PDH工艺的金属氧化物催化剂开辟了一条新途径。

参考文献：

Qing-Yu Chang et al. Rational Design of Single-Atom-Doped Ga₂O₃ Catalysts for Propane Dehydrogenation: Breaking through Volcano Plot by Lewis Acid–Base Interactions. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.0c05454

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c05454