Un método fiable para diseñar catalizadores metálicos aislados es la síntesis de compuestos intermetálicos a granel, en los que un pequeño número de átomos activos se aíslan en una matriz inerte de un segundo metal. A diferencia de las aleaciones, los intermetálicos presentan un orden atómico periódico de largo alcance y son más resistentes a los efectos de segregación superficial, lo que los convierte en un sistema ideal para definir la nuclearidad (tamaño) y la composición (binaria frente a ternaria) del sitio activo. Demostraremos que los sistemas intermetálicos cuidadosamente elegidos permiten definir el sitio activo basado en metales más rigurosamente conocido en catálisis heterogénea (una afirmación atrevida, sin duda, pero al final de esta presentación, espero que estén de acuerdo). La fase γ-latón Pd-(M)-Zn (M = Zn, Pd, Cu, Ag, Au) permite de forma única la síntesis de conjuntos activos Pd-M-Pd con nuclearidad y composición controladas aislados en una matriz de Zn.

La estructura prototípica _Pd8Zn44 contiene sólo átomos aislados de Pd, pero al aumentar la concentración de Pd por sustitución de Zn (_Pd8+xZn44-x, x = 0-2) dentro de los límites de la fase γ, se forma un número fijo de trímeros Pd-Pd-Pd en el grueso. Estos sitios activos heteronucleares multiatómicos son catalíticamente distintos de los átomos únicos de Pd, del Pd totalmente coordinado y difieren dentro de la serie Pd-M-Pd. Con estos catalizadores, cuantificamos el efecto inesperadamente grande de la nuclearidad del sitio activo para la semihidrogenación del acetileno en un entorno rico en etileno e hidrógeno. Los trimeros _Pd9Zn43 y _Pd10Zn42 tienen una actividad ~1000 veces superior a la del trimero _Pd8Zn44, pero este último conduce a una ganancia neta de etileno al hidrogenar acetileno de forma selectiva, lo que concuerda con las predicciones teóricas. Los trímeros de _Pd2Mmuestran una actividad y selectividad intermedias a las de las superficies que contienen monómeros y trímeros de Pd. Las tendencias experimentales muestran una fuerte concordancia con las predicciones DFT, evidenciando nuestra capacidad para controlar la nuclearidad y la composición de los sitios activos a través de una fase intermetálica. 

Demostramos además que el sitio activo bien definido que ofrecen los intermetálicos permite el desarrollo de modelos microcinéticos que capturan rigurosamente las energías de activación aparentes y los órdenes de reacción para la hidrogenación de etileno sobre Pd-(M)-Zn de latón g. Los estudios previos que investigaban la cinética de la hidrogenación del etileno en superficies de metales de transición tardía han requerido el uso de un sitio "especial" en el que el H* pueda adsorberse sin competencia del etileno dentro de un marco de Langmuir-Hinshelwood. La definición a nivel molecular de tales sitios es difícil de alcanzar, debido a la compleja combinación de coberturas mixtas y a la diferencia de tamaño del adsorbato entre el etileno y el hidrógeno. El aislamiento de los sitios _Pd1 y _Pd3 nos permite proporcionar una definición precisa de todas las posibles estructuras de coadsorción etileno-hidrógeno y rutas de reacción de hidrogenación, elucidando una definición precisa de los requisitos del sitio. El trímero de _Pd3 tiene una frecuencia de recambio tres órdenes de magnitud superior a la del monómero de _Pd1, y el trímero ofrece suficientes átomos de Pd adyacentes para permitir la coadsorción de etileno e hidrógeno y estados de transición de hidrogenación estables. El modelado microcinético basado en DFT predice un orden de reacción del etileno próximo a cero y un orden del hidrógeno de unidad, de acuerdo con los resultados experimentales.