近期顶刊速报!!!
第一作者：Mingchun Guo
通讯作者：江海龙，焦龙，李群祥
通讯单位：中国科学技术大学
文献链接：
https://doi.org/10.1002/anie.202418964
摘要
本研究提出了一种“序贯热转化”策略，成功实现了单原子铂（Pt）在二氧化钛（TiO2）外表面的择优分散。通过将含铂纳米颗粒的钛基金属有机框架（Ti-MOF）在800°C氮气氛围下转化为Pt纳米颗粒和TiO2复合物（PtNPs&TiO2@C-800），再在600°C空气氛围下进行热驱动原子化，制备出单原子Pt修饰的TiO2（Pt1/TiO2-600）。Pt1/TiO2-600在对氯硝基苯（p-CNB）的氢化反应中表现出优异的对氯苯胺（p-CAN）选择性（99%），远高于PtNPs/TiO2-400（45%）和Pt1@TiO2-600（随机分散Pt1）。机理研究表明，Pt1/TiO2-600实现了Pt1的100%可及性，并且更倾向于吸附p-CNB的-NO2基团，而对p-CNB和p-CAN的-Cl基团吸附较弱，从而促进了催化活性和选择性。
研究成果
近日，中国科学技术大学江海龙教授、焦龙特任教授、李群祥教授在《Angewandte Chemie International Edition》上发表了题为“Single-Atom Pt Loaded on MOF-Derived Porous TiO2 with Maxim-ized Pt Atom Utilization for Selective Hydrogenation of Halonitro-benzene”的论文，通过“序贯热转化”策略，制备了一种新型的单原子催化剂Pt1/TiO2-600。该催化剂在p-CNB的氢化反应中展现出了极高的p-CAN选择性，达到了99%，同时活性也显著优于其他对照样品。这一成果不仅提高了单原子催化剂的Pt原子利用率，还为选择性加氢反应提供了一种高效的催化剂。
论文亮点
1.创新策略：提出了“序贯热转化”策略，实现了单原子Pt在TiO2外表面的择优分散。
2.高选择性：Pt1/TiO2-600在p-CNB氢化反应中实现了99%的p-CAN选择性，显著高于传统催化剂。
3.高活性：相较于其他对照样品，Pt1/TiO2-600展现出更高的催化活性。
4.机理探究：通过理论计算和实验验证，揭示了Pt1/TiO2-600高选择性的原因，即对-NO2基团的优先吸附和对-Cl基团的弱吸附。
图文导读
图1 (a) PtNPs@MIL-125的透射电子显微镜（TEM）图像。(b) PtNPs/TiO2-400的TEM图像。(c) Pt1/TiO2-600的高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像。(d) Pt1+clus/TiO2-800的HAADF-STEM图像。
图2 (a) Pt1/TiO2-600和Pt1+clus/TiO2-800的傅里叶变换扩展X射线吸收精细结构（FT-EXAFS）光谱。(b) Pt1/TiO2-600和PtO2的波形变换（WT）等高线图。(c) Pt1/TiO2-600的EXAFS拟合（插图：单个Pt原子的优化配位环境）。(d) Pt1/TiO2-600和Pt1+clus/TiO2-800上CO吸附的漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）。
图3 (a) 在308 K下Pt1/TiO2-600和Pt1@TiO2-600的CO脉冲化学吸附。(b) 通过CO脉冲化学吸附测定Pt1/TiO2-600和Pt1@TiO2-600中Pt1位点的可及性。
图4 (a) 不同催化剂在80°C、15 bar H2条件下1.5小时内对p-CNB氢化的催化性能。(b) Pt1/TiO2-600上各种卤代硝基苯的氢化。(c) Pt1/TiO2-600上硝基苯和氯苯的竞争吸附的DRIFTS光谱。(d)Pt1/TiO2-600上硝基苯和氯苯之间的吸附质置换测试。
图5 (a) p-CNB和p-CAN在PtNPs/TiO2-400、Pt1/TiO2-600和Pt1+clus/TiO2-800结构上的吸附能。(b) p-CNB中-NO2和-Cl的Mulliken原子电荷分布。(c) Pt1/TiO2-600在0.02 e Å-3等值面的差分电荷密度分布（黄色和青色代表电荷积累和耗尽）。Ti、O和Pt分别以银灰色、红色和深灰色球体显示。
结论
本研究通过“序贯热转化”策略成功制备了Pt1/TiO2-600催化剂，该催化剂在p-CNB的氢化反应中展现了卓越的活性和选择性。这一成果不仅为单原子催化剂的制备提供了新的思路，也为选择性加氢反应的催化剂设计提供了重要的参考。
作者简介
江海龙，1981年8月生于安徽合肥庐江县。中国科学技术大学讲席教授、博士生导师，国家重点研发计划项目首席科学家（2021年），中国化学会会士（FCCS，2023年）、英国皇家化学会会士（FRSC，2018年），获国家杰出青年基金资助（2017年，结题优秀），入选国家特支计划科技创新领军人才（2019年）、科技部中青年科技创新领军人才（2018年）等。自2017年至今，连续每年入选科睿唯安（原汤森路透）全球高被引科学家（化学）和爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者榜单。
焦龙，1992年生，博士，中国科学技术大学特任教授，博士生导师，国家优秀青年基金获得者（2022年）。2014年毕业于山东大学材料物理专业，获理学学士学位；2019年毕业于中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心，获理学博士学位；2019-2021年在中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心从事博士后研究；2021年-2022年，任中国科学技术大学化学系副研究员。2023年1月起任中国科学技术大学化学系特任教授。长期从事MOF基催化材料原子精度合成调控和电催化性能研究，近五年在J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed. (4 篇), Chem, Adv. Mater. (4 篇)等期刊共发表论文30余篇，其中ESI高被引论文14篇，论文他引5000余次。主持国家自然科学基金青年项目、优秀青年科学基金项目各1项，并作为骨干成员参与科技部重点研发计划1项。
李群祥，中国科学技术大学化学物理系教授，博士生导师。1993年毕业于华中师大物理系，获理学学士学位，1999年毕业于中国科大基础物理中心凝聚态物理专业，获理学博士学位。1999-2001年中国科大选键化学重点实验室博士后，2001年8月起任职于中国科大化学物理系。现为化学物理系和合肥微尺度物质科学国家科学研究中心教授。曾赴香港理工大学电子资讯工程系、意大利国际理论物理中心、日本东京大学物理系、日本国立物质材料研究所计算材料科学中心和新加坡南洋理工大学材料科学系进行合作研究。研究方向为理论与计算化学，侧重单分子化学物理、分子电子学和计算材料科学，已在Science, Phys. Rev. Lett., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Phys. Rev. B, J. Chem. Phys.和J. Mater. Chem. A等期刊上发表论文170余篇。
【文献信息】
Mingchun Guo, Qiangqiang Meng, Ming-Liang Gao, Lirong Zheng, Qunxiang Li, Long Jiao, and Hai-Long Jiang.Single-Atom Pt Loaded on MOF-Derived Porous TiO2 with Maximized Pt Atom Utilization for Selective Hydrogenation of Halonitrobenzene.Angewandte Chemie International Edition
焦耳加热设备
焦耳热高温超快材料制备装置可实现毫秒级别升温和降温，能达到1秒内升温至3000K的效果，试验样品可以是薄膜、块体、粉末等。对比现在常用的马弗炉、管式炉升温慢、加热时间长等缺点，极大地节约了科研人员宝贵的科研时间，并且会有与马弗炉和管式炉不同的冲击效果。该装置可抽真空或者是通氛围气体使用，还可以根据要求进行定制。公司致力于实验室（超）高温、解决方案。目前我公司设备已广泛应用于能源催化材料、石墨烯等二维材料、高熵化合物、陶瓷材料等材料的超快速高质量制备。详情请咨询17362009197。
扫码添加客服微信
