串联和协同催化可以通过减少分离、耦合反应来控制反应的选择性，从而彻底改变化学生产，其应用包括单位点或多米诺反应，含交换流体相中间体的多位点系统，以及界面催化。一些复杂的生物分子组装体可以在催化剂位点之间按顺序传递活性中间体，但多相催化剂通常没有实现这一目的所需的不同功能的精确定位，对反应中间体精确的时空控制仍然难以捉摸。

丙烯是一种重要的工业中间体，在供应和需求之间存在缺口。非氧化丙烷脱氢(PDH)受限于吸热和反应平衡，需要较高的温度才能达到商业上可行的单次产率。丙烷氧化脱氢(ODHP)可以克服平衡限制，避免热裂解，但丙烷氧化脱氢制丙烯和水的催化剂的选择性随着转化率的增加而降低，因为丙烯本身比丙烷更容易被氧化。

针对这个问题，美国西北大学Peter C. Stair和Justin M. Notestein在Science上发表文章，通过将一种选择性氢燃烧催化剂In₂O₃(一种约2 nm厚的In₂O₃)置于丙烷脱氢催化剂上，并将铂纳米颗粒支撑在氧化铝球上，从而创造出纳米级的串联催化剂。这种涂层使铂纳米颗粒暴露，以便丙烷脱氢。在氧化铟-铂界面处，表面氢原子被氧化。

具体地，作者使用原子层沉积法在Pt/Al₂O₃上生长In₂O₃，这种纳米结构通过表面氢原子转移使结构域动态耦合，导致铂将丙烷脱氢(PDH)转化为丙烯。然后用In₂O₃选择性燃烧氢，而不过度燃烧碳氢化合物。其他纳米结构，包括铂在氧化铟上或铂与氧化铟的混合，都有利于丙烷燃烧，因为它们不能有序地组织反应。其净效果是丙烷在超过PDH平衡的高产量下快速而稳定的氧化脱氢，这种方法使丙烯的产量提高到30%。使用这种纳米尺度的催化剂的串联催化有望实现大规模生产中的高选择性。

图1. 串级反应模型

图2. 催化剂活性及结构概述

图3. (Pt/Al₂O₃)@35cIn₂O₃与已建立的ODHP催化剂的催化性能的比较

图4. 串联催化剂的表征

Tandem In₂O₃-Pt/Al₂O₃ catalyst for coupling of propane dehydrogenation to selective H₂ combustion. Science 371 (6535), 1257-1260.

https://science.sciencemag.org/content/371/6535/1257

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