双金属催化剂因优异的催化性能而被广泛应用于多种非均相催化反应中,但其复杂多变的结构使建立清晰的构效关系成为挑战。Pt-Sn催化剂是性能优越且已被工业化应用的丙烷脱氢催化剂,但负载型Pt-Sn催化剂结构复杂,其构效关系至今仍是研究的重点。因此,本文结合模型催化理念、高端结构表征技术和密度泛函理论,基于丙烷脱氢反应,解析Pt-Sn催化剂结构,揭示Pt-Sn基催化剂构效关系,探究其最优活性结构,为开发新型高效催化剂提供指导。本文首先对操作条件下Pt-Sn催化剂结构进行了明确,揭示合金结构表面可恢复性对于维持高效丙烷脱氢性能的重要性。结合TEM、EDS、准原位XPS、XRD、DFT等手段研究发现,由焙烧后还原方法可制备Pt3Sn合金催化剂,采用酸刻蚀-还原的方法模拟催化剂中Sn流失和偏析现象,在酸刻蚀移除Pt3Sn合金纳米颗粒表面Sn物种并形成Pt富集表面后,纳米颗粒内部的Sn原子可在还原性气氛下偏析至表面,从而恢复Pt3Sn表面结构,维持高效催化性能。5次酸刻蚀-还原处理内,合金均可维持表面可恢复性。由Sn表面偏析产生的可恢复性是Pt-Sn合金催化剂的独特优势,使Pt-Sn催化剂在Sn组分含量波动时维持合金表面结构和高效催化性能。进一步,本文研究了Pt-Sn催化剂与丙烷脱氢反应的构效关系,提出最优活性结构。本文采用先负载Sn后负载Pt的分步浸渍法,构建了表面为Pt3Sn合金、Pt1Sn1合金和Pt1Sn1@SnOx等三类不同结构的Pt-Sn催化剂。结合H2-TPR、TEM、XRD、XPS、CO-DRIFTS、TPO、Raman光谱等手段研究发现,三种结构在丙烷脱氢反应中催化机制不同。其中,Pt3Sn主要通过电子效应显著提升丙烯选择性,由于具有三重空穴位,积碳石墨化程度高。Pt1Sn1@SnOx结构中,SnOx不改变Pt位点性质,但可作为新的积碳位点,导致催化剂的丙烯选择性下降。与前两者相比,Pt1Sn1合金具有孤立的Pt位点,产生几何效应,可抑制高石墨化程度积碳的形成,其总体丙烯选择性高达93%,失活速率最低,为Pt-Sn催化剂的最优活性结构。