第一作者：ong>Zeyu Jiang, Mingjiao Tian, Meizan Jing
通讯作者： Jiaguo Yu and Chi He
通讯单位：西安交通大学
研究内容：
开发高活性单原子催化剂并确定其在氧化工业危险碳氢化合物中的固有活性位点是具有挑战性的前景。调整电子金属-载体相互作用 (EMSI) 对于调节单原子催化剂的催化性能是有效的。在此，我们提出Pt1-CuO 单原子催化剂的电子金属-载体相互作用调节能促进其在丙酮氧化中的活性。该电子金属-载体相互作用旨在通过统一的 Pt-O-Cu 部分促进电荷重新分布，从而调节原子 Pt 位点的 d 带结构，并增强反应物的吸附和活化。带正电荷的 Pt 原子在低温下对丙酮的活化具有优势，然后拉伸的 Cu-O 键反过来促进晶格氧的活化以参与随后的氧化。我们强烈认为这项工作将指导研究人员在烃氧化反应中设计有效的单原子催化剂。
要点一：
本文精心设计和合成了三种具有不同电子金属-载体相互作用的类似催化剂。观察到电子金属-载体相互作用的强度与催化剂性能之间存在正相关。令人惊讶的是，具有统一键合方式的Pt1-CuO 单原子催化剂表现出最强的电子金属-载体相互作用，仅在 210℃即可将 800 ppm 丙酮完全转化为 CO2，活化能仅为 54.32 kJ·mol-1。
要点二：
DFT 研究表明，这种电子金属-载体相互作用将促进Pt向CuO的电子回馈，产生足够的带正电荷的Pt原子，这些原子是在低温下激活丙酮的高效位点。同时，通过统一的 Pt-O-Cu 键的电荷再分配将有助于激活相邻晶格氧参与氧化，导致氧空位循环。最终，这项研究表明，只需在单原子催化剂中促进电子金属-载体相互作用即可获得催化剂性能的显着提高。
图 1 合成的单原子催化剂的描述和优化结构。
图 2 (a) 单原子 Pt1-CuO 催化剂的像差校正 STEM 图像，比例尺：1 nm。(b) 合成催化剂上 CO 吸附的红外光谱。(c) 来自制备催化剂的 Pt L3 边缘 EXAFS 数据的 R 空间光谱。(d) 制备的催化剂的 Pt L3-edge 归一化 XANES 曲线。(e) Pt 4d 5/2, (f) Cu 2p, 和 (g) Cu LMM XPS 光谱制备的催化剂
图 3 评估的 (a) 活性、(b) 周转频率和 (c) 在丙酮催化氧化中合成的催化剂的 Arrhenius 图。(d) Pt1-CuO催化剂氧化典型工业有机污染物的起燃曲线。(e) Pt1-CuO和Pt1/CuO催化剂在不同反应气氛下丙酮氧化的稳定性测试。
图 4 (a) Pt1-CuO 和 (b) Pt1/CuO 催化剂在 100 至 260 °C 范围内丙酮氧化的原位漂移与温度的函数关系。丙酮氧化在各种反应条件下的原位漂移，（c）140 °C 在 Pt1-CuO 催化剂上和（d）180 °C 在 Pt1/CuO 催化剂上。
图 5 (a) Pt1-CuO 和 (b) Pt1/CuO 催化剂在室温下随时间变化的丙酮吸附原位漂移。(c) Pt1-CuO 和 (d) Pt1/CuO 催化剂的 Operando Pt 4d 5/2 NAP-XPS 光谱，这些催化剂是从丙酮氧化过程中获得的。
图 6 (a) Pt1-CuO 和 (b) Pt1/CuO 催化剂上丙酮程序升温氧化中的 18O 同位素标记实验。(c) Pt1-CuO 和 (d) Pt1/CuO 催化剂从丙酮氧化过程中获得的 Operando O 1s NAP-XPS 光谱。
图 7 (a) Pt1-CuO、(b) Pt1/CuO 和 (c) Pt1@CuO 催化剂的计算电荷密度差异（侧视图）。(e) 电子金属-载体相互作用调制的 Pt1-CuO 催化剂上提出的丙酮氧化的内在机制。
参考文献
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.
