開(kāi)發(fā)可持續(xù)、抗中毒的單原子催化劑（SACs）是將其從實(shí)驗(yàn)室推向工業(yè)的必要條件?；诖?，華東理工大學(xué)段學(xué)志特聘教授和周興貴教授等人報(bào)道了一項(xiàng)關(guān)于Au SACs中毒的概念驗(yàn)證研究，以及Au NPs的解毒劑，微量添加被證明可以加強(qiáng)和維持丙烯環(huán)氧化。僅添加微量Au NPs解毒劑（SACs的0.3%）可使環(huán)氧丙烷（PO）生成速率從10.4提高到583.6 molPO molAu-1 h-1，PO選擇性從25.1%提高到75.6%，H2效率從1.4%提高到30.5%，分別提高56倍、3倍和22倍，其催化性能可保持150 h。
通過(guò)對(duì)Au單原子、Au13簇和Au(111)表面進(jìn)行DFT計(jì)算，作者研究了Au1、Au1&n和Aun催化劑之間顯著不同的環(huán)氧化活性機(jī)理。通過(guò)將投射態(tài)密度（PDOS）積分到費(fèi)米能級(jí)，得到Au原子的電荷數(shù)為8.82 e，表明一個(gè)d電子幾乎完全從Au原子轉(zhuǎn)移到S-1。這些模型都是從O2和H2反應(yīng)生成過(guò)氧化氫自由基和合氫原子開(kāi)始的。隨后，過(guò)氧化氫在Au(111)上解離成活性氧，與C3H6反應(yīng)生成氧肟環(huán)作為環(huán)氧丙烷前體。而過(guò)氧化氫解離產(chǎn)生的活性氧可以直接與C3H6在Au13簇上反應(yīng)生成PO，而不形成氧金屬環(huán)。Au單原子可進(jìn)一步簡(jiǎn)化反應(yīng)途徑，直接催化過(guò)氧化氫自由基與C3H6反應(yīng)生成PO。
Au單原子和Au13簇可極大降低能量勢(shì)壘，促進(jìn)PO的生成。作者還研究了H2、O2和C3H6的吸附，并計(jì)算了吸附的幾何形狀。其中，H2與Au單原子、Au13簇和Au(111)表面的結(jié)合非常弱，而O2和C3H6在Au(111)表面的Au13簇和Au單原子上的吸附能明顯高于它們?cè)贏u(111)表面的吸附能。因此，Au單原子更傾向于與C3H6發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。
Nanoparticles as an antidote for poisoned gold single-atom catalysts in sustainable propylene epoxidation. Nat. Commun., 2024, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47538-4
