唐幸福&王海丰&刘晰Angew.：原子对设计策略实现高效NO选择性还原！

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研究内容

多相催化的一个中心主题是开发有效的催化剂来加速化学反应，其速率通常主要由两个关键过程控制：吸附和/或表面基本反应。有效的吸附和快速的表面反应是催化中有效活性位点的重要要求，但同时最大化这两种功能仍然具有挑战性。

催化剂设计中的一个经典规则是Sabatier原理，该原理要求催化剂和反应物之间具有适度的吸附强度，以最大化反应速率。根据反应物的吸附模式，开发了两种典型的模型，ER和Langmuir-Hinshelwood机制来描述化学反应的机理，其中速率强烈依赖于吸附强度，因此受到Sabatier原理的限制。

为了避免Sabatier冲突，复旦大学唐幸福教授、华东理工大学王海丰教授和上海交通大学刘晰教授通过设计一系列具有可调谐电子相互作用的原子对催化位点，以避免SCR中的Sabatier冲突。具有成对原子之间存在的可调协同电子效应，可增强NH3和O2的吸附强度，同时加速SCR中的表面反应。他们选择了V1-W1/TiO2上发生的NO选择性还原验证这个策略。相关工作以“An Atom-Pair Design Strategy for Optimizing the Synergistic Electron Effects of Catalytic Sites in NO Selective Reduction”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. 通过结合实验结果和理论计算，与单独的V或W原子相比，V1-W1原子对之间存在的协同电子效应丰富了费米能级附近的高能自旋电荷，从而允许SCR沿着Mars-van Krevelen-Ertl（MKE）辅助的Eley-Rideal（ER）机制进行，并使涉及O2活化的表面反应成为速率限制步骤。

要点2. V1-W1原子对之间存在的协同电子效应使反应物（NH3或O2）吸附更有效，随后的表面反应更快，从而提高了反应速率。

要点3. 利用这种设计策略，进一步优化V1-Mo1原子对之间的协同电子效应，开发了钒（IV）-钼（V）原子对催化剂，其催化性能明显优于商业或报道的催化剂。

这项工作为通过改变反应动力学来设计高性能催化剂提供了一种新的策略，以同时最大化吸附和表面反应，从而突破Sabatier极限，这将对许多重要化学反应中的催化剂设计产生影响。

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研究图文

图1. TiO2（001）上V1-W1原子对位点的证据。

图2. V1-W1原子对位点的几何和电子结构。

图3. 催化位点的成对原子之间存在协同效应。

图4. MKE辅助ER机制的理论计算。

图5. 原子对催化剂之间协同电子效应的优化。

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文献详情

An Atom-Pair Design Strategy for Optimizing the Synergistic Electron Effects of Catalytic Sites in NO Selective Reduction

Weiye Qu, Haiyang Yuan, Zhouhong Ren, Jizhen Qi, Dongrun Xu, Junxiao Chen, Liwei Chen, Huagui Yang, Zhen Ma, Xi Liu,* Haifeng Wang,* Xingfu Tang*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202212703