研究概述

对于单原子催化剂（SACs），靠近金属位点的掺杂剂对其催化性能有显著影响。

然而，远离金属中心的掺杂剂的影响及其作用机理仍需进一步阐明。

基于此，2024年10月24日，福州大学林森教授、中国科学院大连化学物理研究所林坚研究员在国际期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Regulating Peripheral Nitrogen Dopants in Single-Atom Catalysts to Enhance Propane Dehydrogenation》的研究论文。

在此，研究人员以铱单原子催化剂（ Ir1 SAC） 为重点，对石墨烯基SACs中外围氮掺杂物的调节进行了密度泛函理论（DFT）计算的研究，用于丙烷脱氢（PDH)）。

研究发现与仅具有第一和第二壳层N物种的密集掺杂模型相比，增加N掺杂剂和Ir1位点之间的距离会导致反应过程的能量变化不同。

作者提出的随机掺杂模型从统计学上证明了在更远的壳层中增加N掺杂剂不仅增强了Ir1的活性，而且保持了对丙烯的高选择性，并通过实验验证了这一点。

随机N掺杂剂对Ir1的d带中心的调制有效改变了反应中间体的结合强度，从而优化了PDH的势能面。

这些结果加深了对金属中心附近掺杂态的理解，并为多相催化中的掺杂工程提供了重要的启示。

图文解读

图1：N掺杂的Ir1 SACs上PDH反应由致密态变为非致密态