郑南峰、傅钢Nature Catalysis：碱金属离子促进催化加氢机制研究新进展

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近日，我院郑南峰教授与傅钢教授课题组合作在碱金属离子促进单原子分散金属位点催化加氢机理的研究中取得重要进展，相关成果“Alkali ions secure hydrides for catalytic hydrogenation”发表于Nature Catalysis （Nat. Catal., 2020, DOI：10.1038/s41929-020-0481-6）。
      在多相催化领域，碱金属常被用作“万能”助剂，用于改性金属催化剂，以提升系列重要催化反应（例如氧化、脱氢、加氢、费托、三效催化、合成气转化、电解水等）的性能，其提升催化性能的原因常被笼统归为电子助剂的作用。但在很多催化反应中碱金属常以金属离子形式存在，长期以来人们对碱金属的电子助剂机制一直存在争议。该项研究以选择性催化加氢为目标反应、氧化物负载的单原子金属催化剂为催化剂体系，揭示了碱金属离子提升金属催化材料加氢性能的分子机制。

       氧化物负载的金属纳米颗粒催化剂广泛应用于不同品种精细化学品（例如药物、染料、食品添加剂、香料等）的工业生产。金属纳米颗粒组分往往通过与氧化物载体之间形成较强的Md+-O2-键确保金属颗粒高度分散度和稳定性。但在催化氢化过程中，分子H2可以在金属-氧化物载体界面通过异裂方式活化为氢化物（Md+-Hδ-）和质子（O-Hδ+）。这些活泼氢物种除了参与催化底物的加氢外，还可以将界面处带正电荷的催化金属物种还原为零价金属，破坏金属-氧化物界面间的化学作用，并直接导致催化金属中心的团聚，催化性能下降。研究团队在合成Al2O3负载的单原子分散Ru催化剂（有Na+和没有Na+稳定的两种催化剂）的基础上，通过实验与理论计算的紧密结合，证明了Al2O3负载的单原子Ru催化中心附近的Na+离子在提升催化加氢性能中扮演着两种重要作用：（1）有效地阻止催化金属Ru(III)中心上活化氢化物向附近氧物种转移，防止单原子分散Ru(III)的还原团聚长大；（2）通过稳定带负电的加氢反应中间体和过渡态，提升单原子Ru(III)的催化加氢活性。系统研究表明，碱金属离子促进的Ru1/Al2O3催化剂对多种芳族和杂环底物的氢化具有很高的活性和稳定性，还存在独特的H/D反同位素效应。
       该工作由郑南峰教授和傅钢教授共同指导。实验部分主要由已毕业博士生秦瑞轩完成，理论计算研究主要由博士后周凌云完成。我院已毕业博士生刘朋昕、许潮发、赵云、刘锟隆，以及中科院物理所谷林研究员和拱越博士参与部分实验研究与课题讨论。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等的资助和支持。
       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-020-0481-6


       文章来源：厦门大学
       郑南峰，1977年生。厦门大学教授、博导，能源材料化学协同创新中心副主任。1998年本科毕业于厦门大学，2005年在加州大学河滨分校获化学博士学位。2005-2007年在加州大学圣芭芭拉分校从事博士后研究。2007年被聘为厦门大学特聘教授，2009年获国家杰青资助，2010年获聘 “长江学者”特聘教授。主要从事纳米表界面化学方面的研究，已在Science (3篇)、 Nature、 Nature Mater. (2篇)、 Nature Nanotech (2篇)、 Nature Commun. (8篇)、Sci. Adv.、 J. Am. Chem. Soc. (34篇)、 Angew. Chem. (12篇)、Adv. Mater. (5篇)等国际刊物上发表论文140余篇，被引12000余次，h-指数63。获美国化学会无机杰出青年科学家奖、中国化学会青年化学奖、日本东京大学Zasshi-kai讲席奖、中国化学会-英国皇家化学会青年化学奖、教育部青年科学奖等奖项。先后入选中组部青年拔尖人才、科技部中青年科技创新领军人才、国家百千万入选国家百千万人才工程, 并被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号。2016年，获中国青年科技奖，并入选“中国优秀青年科技人才”（全国十名）。
       傅钢，厦门大学教授。1997年本科毕业于厦门大学；2004年在厦门大学获得理学博士学位，导师为万惠霖院士和徐昕教授。2004年留校任教，2008年晋升为副教授，2016年晋升为教授。2011-2012年作为访问教授前往法国里昂高等师范学院与Philippe Sautet教授进行合作交流。目前主要的研究领域是纳米表界面催化的理论研究，先后在Science，Nature Mater.，Nature Comm., Chem，J Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed等刊物上发表论文50余篇，并作为项目负责人主持国家自然科学基金面上项目4项。