부위 분리형 금속 촉매를 설계하는 신뢰할 수 있는 방법은 두 번째 금속의 불활성 매트릭스에서 소수의 활성 원자를 분리하는 금속 간 벌크 화합물의 합성을 이용하는 것입니다. 합금과 달리 금속 간 화합물은 장거리 주기적 원자 질서를 가지며 표면 분리 효과에 더 강하기 때문에 활성 부위의 핵성(크기)과 구성(2원 대 3원)을 정의하는 데 이상적인 시스템입니다. 우리는 신중하게 선택한 금속 간 시스템이 이종 촉매에서 알려진 가장 엄격하게 정의된 금속 기반 활성 부위를 가능하게 한다는 것을 보여줄 것입니다(대담한 표현이지만 이 발표의 마지막에 여러분도 동의해 주셨으면 좋겠습니다!). Pd-(M)-Zn γ-황동 상(M = Zn, Pd, Cu, Ag, Au)은 Zn 매트릭스에서 분리된 핵성과 조성이 제어된 Pd-M-Pd 활성 앙상블을 고유하게 합성할 수 있습니다.

전형적인 _Pd8Zn44 구조는 고립된 Pd 원자만 포함하지만, γ 상 범위 내에서 Zn 치환(_Pd8+xZn44-x, x = 0-2)에 의해 Pd 농도가 증가하면 벌크에 고정 수의 Pd-Pd-Pd 트리머가 형성됩니다. 이러한 다원자 헤테로핵 활성 부위는 완전히 배위된 Pd 단일 원자, 완전히 배위된 Pd와 촉매적으로 구별되며 Pd-M-Pd 계열 내에서 다릅니다. 이러한 촉매를 사용하여 에틸렌과 수소가 풍부한 환경에서 아세틸렌 반수소화에 대한 활성 부위 핵성의 예상치 못한 큰 효과를 정량화합니다. 삼합체 함유 _Pd9Zn43 및 _Pd10Zn42는 삼합체가 없는 _Pd8Zn44에 비해 약 1000배 높은 활성을 가지지만, 후자는 이론적 예측과 일치하게 아세틸렌을 선택적으로 수소화하여 순 에틸렌 이득을 가져옵니다. _Pd2M삼합체는 Pd 모노머와 삼합체 함유 표면의 중간 정도의 활성과 선택성을 보여줍니다. 실험적 경향은 DFT 예측과 매우 일치하여 금속 간 상을 통해 활성 부위의 핵성과 구성을 제어할 수 있는 능력을 입증합니다. 

우리는 또한 금속 간 물질이 제공하는 잘 정의 된 활성 부위를 통해 g- 황동 Pd- (M)-Zn에서 에틸렌 수소화에 대한 명백한 활성화 에너지와 반응 순서를 엄격하게 포착하는 미세 운동 모델을 개발할 수 있음을 보여줍니다. 후기 전이 금속 표면에서 에틸렌 수소화의 동역학을 조사한 이전 연구에서는 랭뮤어-힌셸우드 프레임워크 내에서 에틸렌과 경쟁 없이 H*가 흡착할 수 있는 "특별한" 부위를 사용해야 했습니다. 이러한 부위의 분자 수준 정의는 에틸렌과 수소 사이의 혼합 커버리지와 흡착물 크기 차이의 복잡한 조합으로 인해 발생하기 어렵습니다. _Pd1 및 _Pd3 부위의 분리를 통해 가능한 모든 에틸렌-수소 공동 흡착 구조와 수소화 반응 경로를 정확하게 정의하여 부위 요구 사항에 대한 정확한 정의를 제공할 수 있습니다. _Pd3 삼량체는 에틸렌과 수소의 공흡착과 안정적인 수소화 전이 상태를 허용하기에 충분한 인접 Pd 원자를 제공하는 삼량체는 _Pd1 모노머보다 세 배나 높은 회전 주파수를 가지고 있습니다. DFT 기반 미세 운동학 모델링은 실험 결과와 일치하는 0에 가까운 에틸렌 반응 순서와 단일 수소의 순서를 예측합니다.