近日，大連化物所催化與新材料研究室王曉東研究員和張濤院士團隊與清華大學(xué)李雋教授合作，在單原子催化機制研究方面取得新進展，發(fā)現(xiàn)Ir1/FeOx單原子催化劑上Ir單原子與臨近載體Fe位之間存在“雙金屬活性位”的協(xié)同催化過程。
2011年，“單原子催化（SAC）”概念被提出后（Nat. Chem., 2011, 3, 634），科研人員可以更加明確地了解單原子中心與其周圍載體原子間的化學(xué)鍵和電子結(jié)構(gòu)，為設(shè)計、合成新型高分散催化劑以及探索其催化應(yīng)用提供了有益的指導(dǎo)（Nat. Rev. Chem., 2018, 2, 65）。
Ir1/FeOx單原子催化劑“雙金屬活性位”的催化作用機制
該團隊在前期的工作中制備出Ir1/FeOx單原子催化劑，并發(fā)現(xiàn)單原子Ir中心在水煤氣變換反應(yīng)中起主導(dǎo)作用（J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 15314），然而對Ir1/FeOx的微觀催化機制卻一直沒有更深入的認(rèn)識。
該團隊結(jié)合第一性原理計算及實驗表征發(fā)現(xiàn)，在水煤氣變換過程中，H2O容易在單原子Ir與載體之間解離，形成Ir-OH與Fe-OH。隨后Ir上吸附的CO與Fe結(jié)合的氧原子反應(yīng)形成CO2，進而促進Ir-OH中H向Ir位的轉(zhuǎn)移，降低H2產(chǎn)生的能壘?；贗r單原子和臨近載體Fe原子間的協(xié)同化合價變化這一微觀過程，該團隊提出了單原子催化劑“雙金屬活性位”的協(xié)同催化機制。該工作為明確單原子-載體相互作用提供了新的理論依據(jù)，也有助于設(shè)計出高活性的雙位單原子或團簇催化劑。
該研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金項目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會項目等的資助。（文/圖 林堅）
