以H2O2為氧化劑選擇性氧化苯制苯酚(SOBP)是一種高效、環(huán)境友好的苯酚生產(chǎn)工藝。但一般的金屬納米粒子或金屬絡合物催化活性較低，對苯酚的選擇性也較差。
Fe，Co，Cu基SACs在SOBP反應中具有良好的催化性能，但是其在H2O2/苯的摩爾比較低的情況下，催化活性很低。例如，當H2O2/苯的摩爾比為10:1甚至48:1時，苯的轉化率較高；如果H2O2/苯摩爾比大于10:1，則H2O2的成本遠遠超過所生產(chǎn)的苯酚的價值，從而導致該SOBP工藝不能實際應用。因此，開發(fā)一種實用的SOBP反應催化劑以在低H2O2/苯摩爾比下高效生產(chǎn)苯酚具有重要意義。基于此，大連理工大學趙忠奎、太原理工大學章日光和中科大連化物所劉岳峰等成功地在N/C材料上制備了一種單原子Cu催化劑(Cu-N1O2 SA/CN)，并且該催化劑具有分離的Cu1-N1O2中心。所制備的Cu-N1O2 SA/CN催化劑在H2O2/苯的摩爾比為2:1時，苯轉化率為83.7%，苯酚選擇性為98.1%；H2O2/苯的摩爾比大于10:1時反應效果仍較好。由于該催化劑具有較高的催化性能，且H2O2/苯的摩爾比為2:1，因此該工藝可以促進苯選擇性氧化制苯酚的實際工業(yè)化生產(chǎn)。密度泛函理論(DFT)計算表明，在Cu-N1O2 SA/CN催化劑中，Cu1-N1O2中心O原子的親電性增強、電荷轉移能力增強以及Cu-3d軌道非占據(jù)態(tài)增大。因此，獨特的Cu1-N1O2部分為SOBP提供了一條步驟少和能壘低的反應途徑，導致TOF值遠高于Cu1-N2和Cu1-N3位點。綜上，這項工作為調(diào)節(jié)單原子催化劑的電子排布提供了一種簡便而有效的方法，也為設計其他具有獨特配位結構的單原子催化劑以適應不同的反應提供了范例。Regulating Electron Configuration of Single Cu Sites via Unsaturated N,O-Coordination for Sselective Oxidation of Benzene. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-34852-y
