近年来，二氧化碳和乙烷的同步升级已成为从温室气体二氧化碳和大量页岩气中生产有价值的气态（CO、H2和乙烯）和液态（芳烃和C3含氧化合物）化学品的有前景的方法。控制产物选择性的关键挑战在于在CO2的帮助下选择性地裂解乙烷的CH和C−C键。双金属衍生的催化剂可能在反应条件下发生合金化或氧诱导的偏析，从而提供多种类型的界面位点，例如金属/载体（M/M'Ox）界面和金属氧化物/金属（M'Ox/M）反界面界面，有利于选择性二氧化碳辅助乙烷升级。合金化程度最初可以通过内聚能和原子半径（或维格纳-塞茨半径）来预测，而偏析以形成顶部低氧化物的偏好可以使用功函数、电负性和吸附氧的结合强度来近似。此外，双金属衍生的催化剂通常负载在高表面积氧化物上。改变氧化物载体的还原性和酸度/碱度并引入表面缺陷有利于二氧化碳活化和乙烷活化的氧气供应。
布鲁克海文国家实验室Jingguang G. Chen利用原位同步加速器表征和密度泛函理论（DFT）计算，发现氧物种的电子性质影响乙烷中CH/C-C键的选择性裂解，金属（或合金上的缺电子氧））表面促进非选择性键断裂，在金属氧化物/金属界面上产生合成气和富电子氧，增强选择性C−H断裂，产生乙烯。
文章要点
1）进一步证明，催化剂表面的优选结构，无论是合金表面还是金属氧化物/金属反界面，都可以通过适当选择金属组合及其原子比来控制。通过实验结果和DFT计算的综合比较，C−C/C−H键断裂的选择性与反应条件下热力学上有利的双金属衍生结构（即合金表面或金属氧化物/金属反界面）相关。
2）多种双金属催化剂。这些发现不仅提供了对双金属衍生催化剂的结构和机理的见解，而且还提供了用于二氧化碳辅助乙烷和其他轻质烷烃活化的选择性催化剂的设计原理。
3）作者最后讨论了设计先进双金属衍生催化剂的挑战和机遇，为其他产品引入新的反应化学物质，采用精确的合成策略来获得具有优化位点密度的明确结构，以及利用时间/空间/能量分辨的原位光谱/散射/用于全面结构分析的显微镜技术。
这里建立的研究方法有助于动态合金和界面结构的研究，并且应该激发更多的努力来实现二氧化碳和页岩气的同步提质。
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Activation, et al, Bimetallic-Derived Catalytic Structures for CO2‑Assisted Ethane, Acc. Chem. Res., 2023
DOI: 10.1021/acs.accounts.3c00348
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00348
