单原子催化剂最新进展汇编：苯氧化、氨硼烷制氢、氧还原综述等

1. Nat. Commun.：单原子Fe-N_xC_y催化苯氧化中心配位结构的调控

原子分散的金属-N-C结构是催化苯氧化反应（BOR）的有效活性中心。然而，N和C原子的作用仍然不清楚。清华大学Chen Chen和中国石油大学（华东）的Chenguang Liu采用聚合调节热解策略，合成了单原子Fe基催化剂，并系统研究了BOR中Fe-N_xC_y催化位点的配位效应。

单原子Fe位的特殊配位环境带来了一个令人惊讶的发现：由四配位N原子锚定的Fe原子表现出最高的BOR性能，苯的转化率为78.4%，苯酚的选择性为100%。用一个或两个C原子取代配位N原子后，BOR活性逐渐降低。理论计算表明，配位方式不仅影响催化剂的结构和电子性质，而且还影响催化剂的催化反应途径和关键氧化物种的形成。Fe-N配位数的增加有利于关键中间体O=Fe=O物种的产生和活化，从而提高BOR活性。

Pan, Y.; Chen, Y.; Wu, K.; Chen, Z.; Liu, S.; Cao, X.;Cheong, W.-C.; Meng, T.; Luo, J.; Zheng, L.; Liu, C.; Wang, D.; Peng, Q.; Li,J.; Chen, C., Regulating the coordination structure of single-atom Fe-NxCycatalytic sites for benzene oxidation. Nat. Commun. 2019, 10 (1), 4290.

DOI: 10.1038/s41467-019-12362-8

2. JACS：Pd1/Co3O4单原子催化剂室温氨硼烷水解制氢

氧化物/碳载金属催化剂广泛应用于工业化学反应。一方面，载体用于分散金属，提高其表面积，以实现高活性和低成本。另一方面，载体和金属之间也可以发生一定程度的电荷转移，进而调变金属的d-带中心。这种由电荷转移引起的“金属-载体电子相互作用”（EMSIs）可以在一定程度上促使其催化活性的提高。近些年，具有最大原子效率和新异催化性能的负载金属单原子催化剂（SAC）在催化领域引起了广泛关注。上述EMSIs在这里体系里面尤为显著，然而通过EMSIs调控金属单原子的5d电子能级，进行设计出高活性和高稳定性的SACs至今鲜有人探索。

近日，中国科学技术大学路军岭教授报告了Co₃O

₄担载的Pt₁单原子催化剂，由于金属与载体之间存在“电子强相互作用”，使得该催化剂在室温氨硼烷水解制氢反应中的活性比在其它载体上的高出最多可达68倍，并表现出了优异的抗烧结和抗浸出稳定性。与此相反，使用其它载体的Pt单原子样品和Pt纳米颗粒催化剂，均出现了快速失活现象，形成了鲜明对比。详细的光谱表征和理论计算表明，Co₃O₄ 载体，通过EMSIs调制了Pt₁单原子未被占据的5d电子能级，进而在一定程度上削弱了氨硼烷分子和氢气分子在Pt₁单原子上的吸附，从而大大提高了其制氢活性。这种显著的电子促进作用在Pd₁/Co₃O₄单原子催化剂和加氢化反应中得到了进一步证明，为设计具有高活性和稳定性的高效SACs提供了一个新的设计思路。该成果近日以题为“Highly Active and Stable Metal Single-Atom Catalysts Achieved byStrong Electronic Metal−Support Interactions”发表在知名期刊 J. Am. Chem. Soc.上。

Highly Active and Stable Metal Single-Atom Catalysts Achieved byStrong Electronic Metal−Support Interactions

DOI: 10.1021/jacs.9b06482

3. JPCL：单原子Pt掺杂如何增强MoS2产氢性能？

在原子水平上合理设计廉价且高效的电催化剂是析氢反应（HER）研究的重点。

近日，中国科学技术大学的宋礼教授和陈双明副研究员等设计合成了单原子Pt掺杂的金属相MoS₂电催化材料。

要点1. 作者结合球差电镜、X射线同步辐射和DFT理论计算结果，确定掺杂的Pt原子与MoS₂表面的S原子键合。

要点2. Pt单原子能从溶液中捕获H⁺，是HER的关键反应活性中心。经过优化的Pt-MoS₂催化剂由于具有Pt单原子活性位点，展示出极高的HER性能。

Chuanqiang Wu, et al. Monoatomic Platinum Anchored Metallic MoS2: Correlation between Surface Dopant and Hydrogen Evolution.

J. Phys. Chem. Lett., 2019.

DOI：10.1021/acs.jpclett.9b01892

4.AEM综述: 基于单原子和少原子分散活性位点的ORR反应

氧还原反应(ORR)在能源转换过程中非常重要，如燃料电池和金属空气电池，对促进向非化石能源依赖的社会过渡至关重要。ORR反应通常需要昂贵的贵金属催化剂来加速反应，贵金属催化剂可以促进O₂的吸附、解离和随后的电子转移过程。以地球上丰度很高的过渡金属基单原子或少原子（如Fe，Co，和Mo）与非金属元素（如P、S和N）结合，掺杂或负载在碳基载体中形成的催化剂，是最有潜力的替代贵金属催化剂的方案之一。

然而，对于单原子催化剂，金属原子的配位数、类型和邻近构型，或者说是金属配位形貌，对活性位点的功能具有很大的影响。尽管目前已经进行了大量的研究，它们的催化功能和机理仍然让研究者们感到困惑。它们既不是具有离散能量状态的分子系统，也不能完全用适用于多相体催化剂的理论来描述。

有鉴于此，瑞典于默奥大学的Thomas Wågberg教授团队综述了单原子和少原子电催化剂的最新研究结果，重点讨论了活性位点的催化功能和机理。

Tiva Sharifi, et al. Oxygen Reduction Reactions on Single- or Few-Atom Discrete Active Sites for Heterogeneous Catalysis. Advanced Energy Materials, 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201902084

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