中国科大在单原子配位环境调控领域获得新进展

中国科学技术大学曾杰教授团队在单原子配位环境调控领域获得新进展。在本研究中，研究人员利用金属前驱体中的氯配体对原子级分散在氧化铈纳米岛上铂原子的配位环境进行调控，其中氧化铈负载在二氧化硅上。通过煅烧条件的改变实现了铂原子从表面含氯配位到嵌入在氧化铈晶格中无氯配位构型的转变。其中含氯配位的铂单原子由于具有更高的氧活性进而表现出更高的催化活性。相关成果6月1日以“Contrasting Atomically Dispersed Metal Catalysts Supported on CeO_xNanoislands with Various Ligand Environments Including Chloride”为题发表在《德国应用化学》上。

原子分散负载型金属催化剂因具有100%的原子利用率和分子结构特性而备受关注。通常认为氯对催化剂具有毒化作用，因此在催化剂制备过程中，煅烧常被用于去除表面配体以消除其对催化性能的影响。然而，煅烧可能导致金属氧化或嵌入载体晶格，使其与反应物接触变得困难进而降低活性。本研究旨在构建结构明确的负载贵金属单原子催化剂，揭示载体与氯配体对催化行为的调控机制。从金属含氯前驱盐出发制备合成了两种配位环境不同的铂单原子，并通过一系列表征结果证明二者分别以含氯配位和不含氯配位的铂单原子形式存在（图1）。

图1.催化剂结构表征

对催化剂进行一氧化碳氧化催化测试得到，二者虽然由于配位环境不同带来活性差异，即含氯配位的铂单原子表现出更优的催化活性，但二者均以相同的反应机理催化一氧化碳氧化。理论计算以及实验结果表明，含氯配位的铂单原子表现出最低的一氧化碳反应能垒和氧空位生成能进而表现出最优的催化活性，同时过多的氯原子配位会导致活性位点被覆盖进而带来活性的降低（图2）。此外，上述现象也适用于铑和铱基催化剂，表明配体效应在这类金属体系中具有普适性。

图2.氯含量对于一氧化碳氧化催化性能的影响

该项研究受到科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等项目资助。曾杰教授、特任副研究员赵建康为该论文的通讯作者，博士生张楠、美国加州大学戴维斯分校陈奕臻、电子科技大学李旭为论文的共同第一作者。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202507545

（合肥微尺度物质科学国家研究中心、科研部）