迄今為止，雙金屬PdAu合金是DOMM最有效的催化劑。然而，以前對PdAu合金的研究主要集中在零維(0D)納米粒子，這些納米粒子受到難以控制的結構規則和隨機原子排列的影響，因此，建立清晰的PdAu催化劑的構效關系和評估Pd和Au原子的作用是非常困難的。基于此，廣東工業大學劉全兵、海南大學田新龍、鄧培林和中國科學院物理研究所谷林等使用電偶置換法調節超薄PdxAuy納米片上Au原子的覆蓋率(PdxAuy?NS)，并揭示了DOMM性能與Au原子覆蓋率之間的火山型性能-結構關系。實驗結果表明，優化后的Pd3Au1?NS在70 °C時的CH3OH產率達到147.8 mmol g?1?h?1，選擇性達到98%；在室溫下其CH3OH產率為43.7 mmol g?1?h?1，選擇性為95%，表現出相當大的工業應用潛力。此外，Pd3Au1?NS的產率和選擇性在10個循環中沒有降低，循環測試后其形貌和結構沒有改變，證實了其優異的穩定性。密度泛函理論(DFT)計算表明，材料所表現出的活性-Au原子覆蓋度火山型關系受到PdxAuy?NS表面反應觸發步驟和反應轉化步驟的能壘控制。此外，采用積分晶體軌道哈密頓布居(ICOHP)方法測得的M-O鍵強度(即?OH自由基在催化劑表面的結合強度)與反應觸發步驟和反應轉化步驟的能壘高度相關，可作為一個有效的催化描述符(M-O ICOHP)。因此，通過M-O ICOHP與催化性能之間的火山型關系，解釋了PdxAuy?NS上DOMM性能提高的原因。綜上，該項研究不僅為深入研究了DOMM在PdAu合金上的反應機理，而且為開發高性能的PdAu合金提供了可靠的模型。Regulating Au coverage for the direct oxidation of methane to methanol. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-44839-6
