烯烴作為現代化工生產中高附加值化學品的關鍵原料，其高效制備對國民經濟發展具有舉足輕重的影響。烷烴脫氫是目前直接制取烯烴的重要途徑之一，因其反應路線簡單、原子經濟性高而受到廣泛關注。然而，傳統的烷烴脫氫工藝通常需要在極高的溫度下(>550°C)才能克服碳氫鍵(C-H)斷裂的巨大反應能壘；而高溫條件不僅導致巨大的能源消耗，更易引發一系列包括碳碳(C-C)鍵斷裂、氫解反應以及烴類聚合（積碳）等的副反應。這些副反應嚴重降低了目標產物烯烴的選擇性，并導致催化劑快速燒結失活，大大縮短了其使用壽命。因此，如何設計出能夠在更低溫度下高效、穩定運行的新型脫氫催化劑，同時提升催化劑自身的C-H鍵活化能力，是該領域亟待突破的關鍵技術難題。

　　近日，北京大學馬丁教授團隊與中國科學院金屬研究所、南洋理工大學合作，在《Nature Catalysis》發表了一項重要研究成果。他們成功開發出一種新型Ir₁Cu₁雙金屬催化劑（Ir₁Cu/ND@G），能夠在低溫條件下高效催化丁烷脫氫生成丁烯，并解決了催化劑易失活和再生困難的關鍵難題。

　　在450℃的反應溫度下，該催化劑可使丁烷轉化率達到22%，對C4烯烴的選擇性高達98%，其本征活性（TOF值）達到2.45 s^-1，是單一 Ir 催化劑的6.3倍。顯著降低的反應溫度有助于大幅減少能耗。

　　機理研究表明，Cu的引入使Ir原子呈富電子狀態，增強了對反應物的吸附能力，顯著降低了C–H鍵活化的能壘。此外，該催化劑展現出優異的可再生性能：在“反應-再生”循環中，Ir和Cu物種可發生可逆的“團聚-再分散”結構變化，使其活性得以完全恢復，突破了高溫下原子分散催化劑易燒結失活的技術瓶頸。

　　圖1. Ir₁Cu/ND@G雙金屬催化劑的優異反應性能

　　本研究不僅為設計和開發高效、可再生的低溫烷烴脫氫催化劑提供了全新的理論指導和實驗依據，更通過解決傳統脫氫工藝中長期存在的原子利用率低、能耗高以及催化劑再生性差等核心難題，為推動綠色化工產業的發展產生了積極影響。

　　中科院金屬研究所劉洪陽教授、南洋理工大學蔡祥濱博士和馬丁教授為本文通訊作者。中科院金屬研究所陳曉雯研究員、北京大學化學學院博士生王茂林、寧夏大學何育榮教授為本文共同第一作者。本工作獲得國家自然科學基金、騰訊基金會科學探索獎、新基石研究員項目、北京分子科學國家研究中心等資助。

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41929-025-01328-3