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
图2:不同含氮量的Ir1/NC及其对PDH反应的催化性能
图3:在Ir1/NC上使用SDMs进行PDH反应的结构-功能关系
文献信息
Regulating Peripheral Nitrogen Dopants in Single-Atom Catalysts to Enhance Propane Dehydrogenation, Angewandte Chemie International Edition, 2024.