图 金属间尺寸及成键强度差异协同驱动的“原子抽提”示意
在国家自然科学基金项目（批准号：22121004、22122808、U1862207、22408269）等资助下，天津大学巩金龙团队在贵金属催化剂研究方面取得进展。研究成果以“原子抽提实现丙烷脱氧反应中贵金属的充分利用（Full utilization of noble metals by atom abstraction for propane dehydrogenation）”为题，于2025年9月25日在线发表于《科学》（Science）杂志上。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw3053。
贵金属催化剂在化工行业中具有重要作用，实现贵金属的最大化利用是该领域研究的关注点之一。传统策略大多利用金属-载体强相互作用以实现金属原子分散，然而金属原子往往呈现（部分）氧化态；利用分子筛等多孔材料虽可稳定金属态单原子，但其微孔结构阻碍分子扩散，不利于大分子反应。如何在材料的开放表面构建金属态且完全暴露的单原子，仍是催化领域的一项挑战。
针对上述挑战，该研究团队提出基于金属原子尺寸与成键强度差异的“原子抽提”策略。通过在含有Pt的Cu纳米颗粒中引入原子半径较大的Sn，使Sn倾向于分布在颗粒表面，同时，利用Sn与Pt之间能形成的强金属键特性促进Pt向表面偏析，并大幅提升了Pt单原子在纳米颗粒表面分散度。将PtSnCu三元合金催化剂用于丙烷脱氢制丙烯这一重要工业反应中，在Pt用量约为工业PtSnK/Al2O3催化剂十分之一的情况下，仍表现出相近的丙烷转化率，并具备更优的催化稳定性和丙烯选择性。
该研究揭示了金属间协同作用对提升贵金属原子利用率的作用机制，所提出的“原子抽提”策略为稀缺贵金属资源的高效利用和高性能催化剂设计提供了借鉴。