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研究提出了“由外向内”的单原子催化剂设计策略

研发家 | 2025-07-10

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员王晓东、研究员林坚团队与福州大学教授林森团队合作，在单原子催化剂外围结构调控及其作用机制研究方面取得新进展。相关成果发表在《德国应用化学》和《配位化学综述》上。

自提出单原子催化概念以来，已成为多相催化领域的研究热点之一。该工作团队提出了“由外向内”的单原子催化剂设计策略，每个工作团队构建了具有五元环和六元环几何结构的单原子催化剂，并揭示了单原子外围效应的作用机制。研究表明，与外围六元环吡啶氮相匹配的铁(Fe)与单原子相比，五元环吡咯氮配位的Fe单原子具有更高的价格状态，可以提高二氧化碳的电氧化性能。多种表征和理论计算研究发现，单原子Fe与相邻配位五元环吡咯氮原子之间的d-p藕合相互作用增强，导致单原子Fe的d轨中心移位，其*COOH和*CO中间体具有适当的吸附强度，从而提高催化活性。此外，团队将外围效应扩展到镍等其他M-N-C单原子系统，发现效果相似，表明单原子中心催化性能基于外围几何结构调节具有一定的普遍性。

此外，团队还讨论了外围氮物种分布方法对单原子催化剂的影响规律，发现外围氮的随机分布可以柔和调节单原子催化剂对反应中间物种的吸附强度，有利于提高丙烷脱氢反应的活性和选择性。这项研究加深了对单原子催化剂外围物种作用模式的认识。

在前期工作的基础上，本工作将研究方向拓展到单原子外围环境的精确调控，为高效单原子催化剂的设计提供了新的思路。

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