H₂的离解是许多工业化学转化中必不可少的基本步骤，通常需要贵金属催化剂。

近日，哈佛大学Jennifer D. Lee，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室Juergen Biener报道了一种掺杂少量Ti的分级纳米多孔Cu催化剂（npTiCu），与未掺杂的纳米多孔Cu （npCu）催化剂相比，其H₂-D₂交换速率增加了大约一个数量级。

文章要点

1）在300-573 K的温度范围内，通过大气压流动条件下的稳态H₂-D₂交换反应实验测量了Ti的促进作用。为了稳定的催化性能，需要用流动的H₂进行预处理，并且研究了两个温度，523和673 K。在优化的预处理和反应温度下，实验确定的npTiCu的H₂-D₂交换率是未掺杂Cu材料的5-7倍。

2）如使用原位环境压力X射线光电子能谱和X射线吸收能谱所证实的，H₂预处理导致在如此制备的催化剂中存在的Cu氧化物的完全还原和表面Ti氧化物物种的部分还原。对于Ti掺杂的和未掺杂的npCu催化剂，H₂-D₂交换测量的表观活化能和指前因子显著不同。

3）密度泛函理论（DFT）计算表明，Cu主体表面上孤立的金属Ti原子可以作为氢复合的活性表面位置。高于纯Cu的交换速率的增加主要是由于速率决定步骤从Cu上的离解吸附转移到Ti掺杂的Cu上的H/D原子复合，其产生的活化熵相应降低。

参考文献

Jennifer D. Lee, et al, Facilitating Hydrogen Dissociation over Dilute Nanoporous Ti−Cu Catalysts, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00830

https://doi.org/10.1021/jacs.2c00830