第一作者：ong>Zeyu Jiang, Mingjiao Tian, Meizan Jing

通訊作者： Jiaguo Yu and Chi He

通訊單位：西安交通大學

研究內容： 

開發高活性單原子催化劑并確定其在氧化工業危險碳氫化合物中的固有活性位點是具有挑戰性的前景。調整電子金屬-載體相互作用 (EMSI) 對于調節單原子催化劑的催化性能是有效的。在此，我們提出Pt₁-CuO 單原子催化劑的電子金屬-載體相互作用調節能促進其在丙酮氧化中的活性。該電子金屬-載體相互作用旨在通過統一的 Pt-O-Cu 部分促進電荷重新分布，從而調節原子 Pt 位點的 d 帶結構，并增強反應物的吸附和活化。帶正電荷的 Pt 原子在低溫下對丙酮的活化具有優勢，然后拉伸的 Cu-O 鍵反過來促進晶格氧的活化以參與隨后的氧化。我們強烈認為這項工作將指導研究人員在烴氧化反應中設計有效的單原子催化劑。

要點一：

本文精心設計和合成了三種具有不同電子金屬-載體相互作用的類似催化劑。觀察到電子金屬-載體相互作用的強度與催化劑性能之間存在正相關。令人驚訝的是，具有統一鍵合方式的Pt₁-CuO 單原子催化劑表現出最強的電子金屬-載體相互作用，僅在 210℃即可將 800 ppm 丙酮完全轉化為 CO₂，活化能僅為 54.32 kJ·mol-1。 

要點二：

DFT 研究表明，這種電子金屬-載體相互作用將促進Pt向CuO的電子回饋，產生足夠的帶正電荷的Pt原子，這些原子是在低溫下激活丙酮的高效位點。同時，通過統一的 Pt-O-Cu 鍵的電荷再分配將有助于激活相鄰晶格氧參與氧化，導致氧空位循環。最終，這項研究表明，只需在單原子催化劑中促進電子金屬-載體相互作用即可獲得催化劑性能的顯著提高。

圖 1 合成的單原子催化劑的描述和優化結構。

圖 2 (a) 單原子 Pt₁-CuO 催化劑的像差校正 STEM 圖像，比例尺：1 nm。(b) 合成催化劑上 CO 吸附的紅外光譜。(c) 來自制備催化劑的 Pt L3 邊緣 EXAFS 數據的 R 空間光譜。(d) 制備的催化劑的 Pt L3-edge 歸一化 XANES 曲線。(e) Pt 4d 5/2, (f) Cu 2p, 和 (g) Cu LMM XPS 光譜制備的催化劑

圖 3 評估的 (a) 活性、(b) 周轉頻率和 (c) 在丙酮催化氧化中合成的催化劑的 Arrhenius 圖。(d) Pt₁-CuO催化劑氧化典型工業有機污染物的起燃曲線。(e) Pt₁-CuO和Pt₁/CuO催化劑在不同反應氣氛下丙酮氧化的穩定性測試。

圖 4 (a) Pt₁-CuO 和 (b) Pt₁/CuO 催化劑在 100 至 260 °C 范圍內丙酮氧化的原位漂移與溫度的函數關系。丙酮氧化在各種反應條件下的原位漂移，（c）140 °C 在 Pt₁-CuO 催化劑上和（d）180 °C 在 Pt₁/CuO 催化劑上。

圖 5 (a) Pt₁-CuO 和 (b) Pt₁/CuO 催化劑在室溫下隨時間變化的丙酮吸附原位漂移。(c) Pt₁-CuO 和 (d) Pt₁/CuO 催化劑的 Operando Pt 4d 5/2 NAP-XPS 光譜，這些催化劑是從丙酮氧化過程中獲得的。

圖 6 (a) Pt₁-CuO 和 (b) Pt₁/CuO 催化劑上丙酮程序升溫氧化中的 18O 同位素標記實驗。(c) Pt₁-CuO 和 (d) Pt₁/CuO 催化劑從丙酮氧化過程中獲得的 Operando O 1s NAP-XPS 光譜。

圖 7 (a) Pt₁-CuO、(b) Pt₁/CuO 和 (c) Pt₁@CuO 催化劑的計算電荷密度差異（側視圖）。(e) 電子金屬-載體相互作用調制的 Pt₁-CuO 催化劑上提出的丙酮氧化的內在機制。

參考文獻

Zeyu Jiang, Mingjiao Tian, Meizan Jing, Shouning Chai, Yanfei Jian, Changwei Chen, Mark Douthwaite, Lirong Zheng, Mudi Ma, Weiyu Song, Jian Liu, Jiaguo Yu* and Chi He,* Modulating the Electronic Metal-Support Interactions in Single- Atom Pt1-CuO Catalyst for Boosting Acetone Oxidation. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202200763.