全文概要

中国科学院大连化学物理研究所的林坚、林森、王晓东团队报道了一种通过原子级配位编辑策略，合成具有超低负载量（ppm级）的铱基单原子催化剂（Ir₁/NOC），在丙烷脱氢反应中实现了突破性的催化性能。该催化剂采用简单的H₂IrCl₆浸渍与NH₃热解方法，构建了Ir–O₂N₂活性中心，打破了传统催化反应中的标度关系限制。其在PDH反应中表现出约33%的丙烷转化率和约92%的丙烯选择性，丙烯时空产率高达14976 molC₃H₆ molIr⁻¹ h⁻¹，且失活常数极低（0.00191 h⁻¹），显著优于Ir纳米颗粒及多数已报道贵金属催化剂。

本文要点

1. 配位结构调控： NH₃热解诱导Cl配体被N逐步取代，形成稳定的Ir–O₂N₂配位结构，有效抑制Ir原子团聚，并在高温还原条件下保持结构稳定性。

2. 催化性能卓越： 在超低Ir负载量（0.02–0.09 wt%）下，催化剂仍保持高转化率与选择性，TOF值稳定在约15000 h⁻¹，且具备优异的长周期稳定性（80 h运行后活性衰减极小）。

3. 机理深入揭示： 结合XAFS、XPS、AC-HAADF-STEM等表征与DFT计算，证实Ir–O₂N₂结构可同时优化反应动力学与热力学，降低能垒，促进C–H键活化，并抑制逆反应。

4. 策略普适性强： 该方法可扩展至Ru、Rh、Pt等其他贵金属单原子催化剂体系，为开发低负载、高性能工业催化剂提供了新范式。

文献详情

Liru Cao, Fenfei Wei, Yang Chen, et al. Atomic Coordination Editing Achieves Ultraproductive Single-Atom Catalysts with Ultralow Loadings, J. Am. Chem. Soc. (2025) DOI: 10.1021/jacs.5c14188

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c14188