【原】西交大何炽&地大余家国Angew.：电子-金属-载体相互作用的调控促进单原子催化丙酮氧化!

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研究内容

高活性单原子催化剂(SACs)的开发及其在工业有害烃类氧化中的内在活性位点的确定具有挑战性的前景。调节电子-金属-载体相互作用(EMSIs)可以有效地调节SACs的催化性能。

近日，西安交通大学何炽教授和中国地质大学（武汉）余家国教授提出EMSIs对Pt1-CuO SAC的调控可以显著促进其丙酮氧化活性。该EMSI旨在通过统一的Pt-O-Cu基团促进电荷再分配，从而调节原子Pt位点的d带结构，增强对反应物的吸附和活化。相关研究工作以“Modulating the Electronic Metal-Support Interactions in Single Atom Pt1-CuO Catalyst for Boosting Acetone Oxidation”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1. 作者使Pt原子通过不同的键合方式固定在CuO载体上，从而形成不同的EMSI。与Pt1/CuO和批量掺杂的Pt1@CuO样品相比，具有统一的Pt-O-Cu的Pt1-CuO催化剂表现出最强的EMSI。

要点2. 带正电的铂原子在低温下更容易活化丙酮，而拉伸的Cu-O键又反过来促进晶格氧的活化参与后续氧化。

要点3. 结果表明，EMSIs对Pt1-CuO SAC的调控显著提高了其低温活性，在210℃下，800 ppm以上的丙酮可完全分解，GHSV为42,000 h-1。这种EMSI通过电子从Pt原子转移到CuO载体，促进了电荷的再分配，从而调节了Pt原子的d带结构，增强了反应物的吸附和活化。因此，降低了能量垒，促进了速率限制步骤。

这种EMSI调制的一般效应也被证明不限于丙酮氧化，将指导研究人员在碳氢化合物氧化反应中设计高效SAC。

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研究图文

图1. 对合成的单原子催化剂进行了描述和结构优化。

图2. (a)单原子Pt1-CuO催化剂的像差校正STEM，比例尺为1 nm。(b) CO在合成催化剂上吸附的红外光谱。(c) Pt L3-edge EXAFS数据的r空间光谱。(d)制备的催化剂的Pt l3边归一化XANES曲线。(e) Pt 4d5/2，(f) Cu 2p，(g) Cu LMM XPS光谱。

图3.评估了(a)活性，(b)周转频率，(c)合成催化剂在丙酮催化氧化中的阿伦尼乌斯图。(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对丙酮氧化的稳定性测试。

图4.(a) Pt1-CuO和(b) Pt1/CuO催化剂上丙酮氧化的原位漂移随温度从100到260°C的变化。不同反应条件下丙酮氧化的原位DRIFTS: (c) 140°C在Pt1-CuO催化剂上，(d) 180°C在Pt1/CuO催化剂上。

图5. 计算(a) Pt1-CuO， (b) Pt1/CuO和(c) Pt1@CuO催化剂的电荷密度差(侧视图)。(e)提出了EMSI调制Pt1-CuO催化剂上丙酮氧化的内在机理。

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文献详情

Modulatingthe Electronic Metal-Support Interactions in Single-Atom Pt1-CuO Catalyst for Boosting Acetone Oxidation

Zeyu Jiang, Mingjiao Tian, Meizan Jing, Shouning Chai, Yanfei Jian, Changwei Chen, Mark Douthwaite, Lirong Zheng, Mudi Ma, Weiyu Song, Jian Liu, Jiaguo Yu,* Chi He*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202200763