近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員李勇、研究員申文杰等與中國科學技術大學李微雪教授、德國卡爾魯斯厄理工學院汪躍民教授等合作，在調控金屬催化劑活性位原子結構方面取得新進展，構建了Pt-Fe-Pt三聚體原子結構以此實現巴豆醛高選擇性加氫。相關成果發表在《化學》上。
Pt-Fe-Pt三聚體原子結構。大連化物所供圖
雙金屬合金催化劑是選擇加氫反應的重要催化劑之一，其中，金屬原子活性位的電子和幾何結構密切影響著加氫反應的催化活性和選擇性。小尺度金屬原子簇和單原子合金雖然可以提高貴金屬原子的表面分散度和利用率，但由此引起的活性位電子結構的改變，影響了本征催化活性或者目標產物選擇性。將貴金屬和賤金屬在原子層次組裝為多原子結構的活性位，使其電子和幾何結構與反應物吸附活化模式相匹配，可以實現特定官能團的選擇加氫，但實驗上很難精確調控兩類金屬原子的空間距離和電子結構。
本工作中，合作團隊在金屬鐵粒子表面構建了Pt-Fe-Pt活性位，實現了C=O鍵的高效活化和選擇加氫。科研人員首先制備了Pt-Fe2O3粒子對，并高度隔離地分散在氧化硅載體表面。隨后，利用氫氣還原其中的Fe2O3粒子，在氧化鐵轉變為金屬鐵的過程中，Pt粒子被分散為高度隔離的原子，以Pt-Fe-Pt的形式分布在金屬鐵粒子表面。合作團隊利用原位電鏡和譜學表征以及理論計算分析了活性位組裝過程和配位環境。巴豆醛加氫反應測試表明，該Pt/Fe催化劑不僅表現出優異的C=O加氫選擇性，而且反應速率也提升了35倍，突破了傳統加氫反應中活性-選擇性的蹺蹺板問題。
該工作從原子尺度定量描述了Pt-Fe-Pt的催化反應機制，深化了對金屬催化劑活性位原子結構調控的科學認知。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.11.018