原子级分散金属催化剂表面配位化学综述发表于Chemical Reviews

发布日期:2020-09-04     浏览次数:次   

我院郑南峰教授课题组应美国化学会旗下Chemical Reviews刊物邀请撰写了多相金属催化表界面配位化学机制方面的综述,相关文章近日以Surface Coordination Chemistry of Atomically Dispersed Metal Catalysts为题在线发表(Chem. Rev. 2020, DOI:10.1021/acs.chemrev.0c00094)。

配位化学的概念自1893年由Werner提出以来在化学相关领域,尤其是催化相关研究中得到了广泛的应用。在均相催化研究中,配位化学的概念为金属有机分子催化剂的设计、均相催化机理的研究提供了核心基础框架。多相催化与配位化学发生过两次结合,一次为表面科学,用以揭示金属表面配位结构和表面吸附物种的配位结构;另一次为表面金属有机化学,通过将金属有机化合物锚定在金属氧化物等载体上,利用均相催化配位化学知识,制备具有明确催化位点的非均相催化剂。近年来,随着纳米材料合成方法学和原子分辨表征技术的发展,制备具明确表界面结构的多相金属纳米模型催化剂并表征其催化表界面精细结构已不再是难题。这类实际应用条件下的模型催化剂不仅克服了单晶表面科学研究中的压力和材料两大鸿沟,而且可以拥有与真实催化剂相媲美或更优的性能,为配位化学与多相催化的再次结合创造了难得机遇

郑南峰教授课题组近10年来致力于多相金属催化材料的表界面配位化学研究。在构筑模型催化材料体系(如倒置结构的负载型金属催化剂、有机配体修饰的超细金属催化材料、原子级分散金属催化剂、原子精确金属纳米团簇等)的基础上,郑南峰教授带领的研究团队通过实验与理论计算的紧密结合,在分子、原子层次上深入研究金属-有机、金属-载体等复杂界面的催化构效关系,揭示催化活性位点近邻和次近邻配位环境对催化活性位点组成、催化反应机理及其对多相金属催化剂活性、选择性和稳定性的影响要素,并用于开发兼具多相催化和均相催化优势的实用金属催化剂。

其中,以原子级分散的金属催化材料为模型体系,郑南峰教授团队近年重点针对多相加氢催化体系,系统探讨金属中心配位环境对氢气活化、氢物种的迁移和利用等关键基元步骤的影响机制,在金属-载体界面氢气异裂加氢、溢流加氢、催化加氢反应中的碱金属效应等方面取得系列重要进展(Science 2016, 352, 797-800; CCS Chem., 2019, 1, 207-214; Nat. Catal., 2020, DOI: 10.1038/s41929-020-0481-6; Nat. Nanotechnol., 2020, DOI: 10.1038/s41565-020-0746-x)。在深入理解表界面配位催化研究的基础上,本综述系统总结了不同基底材料(包括金属氧化物、金属硫化物、金属碳化物、碳基材料以及沸石分子筛、MOFCOF、高聚物等多孔材料)负载的原子级分散金属催化剂(包括成对出现的不含金属-金属键的原子级分散金属催化剂和含有金属-金属键的簇合物)的配位结构特点以及配位环境对于催化性质的影响等。该综述深入剖析了原子级分散金属催化剂的分子水平反应机制及其配位环境的重要影响,并强调了原子级分散金属催化剂中次近邻配位物种的影响,以及原子级分散金属催化剂中配位结构的复杂性和结构动态变化在催化反应中的影响。

该综述在郑南峰教授指导下,由博士后秦瑞轩、刘锟隆和博士生吴庆远完成。研究工作得到国家重点研发计划(项目编号:2017YFA02073022017YFA0207304),国家自然科学基金(项目编号:218907522173100521721001)的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00094

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