AM综述：孤立金属位点催化小分子电氧化
学术
2025-01-28 12:47
山东
小分子的电化学氧化在替代析氧反应（OER）或氢氧化反应（HOR）方面极具潜力，有助于提升反应动力学、降低能耗，同时还能生产高附加值化学品或用作燃料。对于这些氧化反应，在氧化电位下产生的高价金属位点通常被视为触发小分子氧化过程的活性位点。孤立原子位点催化剂（IASCs）已成为一种理想体系，可精确调控单金属中心的氧化态和配位环境，进而优化其催化性能。IASCs 中的孤立金属位点本质上具有正氧化态，与纳米颗粒催化剂相比，在氧化电位下更容易产生均一的高价活性位点。同时，IASCs仅含有孤立金属中心，缺乏金属原子簇位点，与纳米颗粒催化剂相比，这会改变小分子的吸附构型，从而引发不同的反应途径和机制，改变产物选择性。更重要的是，研究发现孤立金属中心的构建能够限制金属d电子向CO的2p*轨道的反馈，减少CO在金属原子簇位点上的过强吸附，从而解决大多数小分子电氧化反应中的CO中毒问题，提高催化稳定性。有鉴于此，清华大学王定胜教授、北京市科学技术研究院Xiangwen Liu、武汉理工大学熊玉立副研究员等综述基于IASCs在小分子电化学氧化领域的这些优势，综述总结了IASCs在小分子电氧化反应中的最新进展。要点1. 重点关注燃料电池中的阳极 HOR、电解池中的 OER 及其替代反应，如甲酸/甲醇/乙醇/甘油/尿素/5-羟甲基糠醛（HMF）氧化反应等关键反应。要点2. 本综述特别讨论不同氧化反应的催化优点以及讨论构效关系，从综合反应机理的角度指导 IASCs的精确设计和结构调控。
此外，提出了未来的前景和挑战，激发各种功能IASCs的更多应用可能性。Yanmin Hu, Tingting Chao, Yuhai Dou, Yuli Xiong, Xiangwen Liu, Dingsheng Wang, Isolated Metal Centers Activate Small Molecule Electrooxidation: Mechanisms and Applications, Adv. Mater. 2025DOI: 10.1002/adma.202418504https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202418504
