近日，我所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室催化反應(yīng)化學(xué)研究組（501組）李勇研究員、申文杰研究員等與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李微雪教授、德國卡爾魯斯厄理工學(xué)院汪躍民教授等合作，在調(diào)控金屬催化劑活性位原子結(jié)構(gòu)方面取得新進(jìn)展。
雙金屬合金催化劑是選擇加氫反應(yīng)的重要催化劑之一，其中，金屬原子活性位的電子和幾何結(jié)構(gòu)密切影響著加氫反應(yīng)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(jié)構(gòu)的改變，影響了本征催化活性或者目標(biāo)產(chǎn)物選擇性。將貴金屬和賤金屬在原子層次組裝為多原子結(jié)構(gòu)的活性位，使其電子和幾何結(jié)構(gòu)與反應(yīng)物吸附活化模式相匹配，可實(shí)現(xiàn)特定官能團(tuán)的選擇加氫，但實(shí)驗(yàn)上很難精確調(diào)控兩類金屬原子的空間距離和電子結(jié)構(gòu)。
本工作中，合作團(tuán)隊(duì)在金屬鐵粒子表面構(gòu)建了Pt-Fe-Pt活性位，實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)變?yōu)榻饘勹F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(tuán)隊(duì)利用原位電鏡和譜學(xué)表征以及理論計(jì)算分析了活性位組裝過程和配位環(huán)境。巴豆醛加氫反應(yīng)測試表明，該Pt/Fe催化劑不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的C=O加氫選擇性，而且反應(yīng)速率也提升了35倍，突破了傳統(tǒng)加氫反應(yīng)中活性-選擇性的蹺蹺板問題。動力學(xué)研究和理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，Pt-Fe-Pt活性位與反應(yīng)物分子具有定向作用：一個Pt原子吸附C=C鍵，中間Fe原子活化C=O，共同穩(wěn)定巴豆醛分子；另一個Pt原子則提供氫原子，用于C=O鍵加氫。該工作從原子尺度定量描述了Pt-Fe-Pt的催化反應(yīng)機(jī)制，深化了對金屬催化劑活性位原子結(jié)構(gòu)調(diào)控的科學(xué)認(rèn)知。
相關(guān)研究成果以“Fine-Tuned Coordination Environment of Pt-Fe-Pt Active Site for Selective Heterogeneous Hydrogenation of Crotonaldehyde”為題，發(fā)表在《化學(xué)》（Chem）上。該工作的共同第一作者為我所501組博士研究生周笛、德國卡爾魯斯厄理工學(xué)院王君君博士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)簡敏珍博士。上述工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。（文/王寧 圖/周笛）
