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研究概述

對(duì)于單原子催化劑（SACs），靠近金屬位點(diǎn)的摻雜劑對(duì)其催化性能有顯著影響。

然而，遠(yuǎn)離金屬中心的摻雜劑的影響及其作用機(jī)理仍需進(jìn)一步闡明。

基于此，2024年10月24日，福州大學(xué)林森教授、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所林堅(jiān)研究員在國(guó)際期刊Angewandte Chemie International Edition發(fā)表題為《Regulating Peripheral Nitrogen Dopants in Single-Atom Catalysts to Enhance Propane Dehydrogenation》的研究論文。

在此，研究人員以銥單原子催化劑（?Ir₁?SAC）?為重點(diǎn)，對(duì)石墨烯基SACs中外圍氮摻雜物的調(diào)節(jié)進(jìn)行了密度泛函理論（DFT）計(jì)算的研究，用于丙烷脫氫（PDH)）。

研究發(fā)現(xiàn)與僅具有第一和第二殼層N物種的密集摻雜模型相比，增加N摻雜劑和Ir₁位點(diǎn)之間的距離會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)程的能量變化不同。

作者提出的隨機(jī)摻雜模型從統(tǒng)計(jì)學(xué)上證明了在更遠(yuǎn)的殼層中增加N摻雜劑不僅增強(qiáng)了Ir₁的活性，而且保持了對(duì)丙烯的高選擇性，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

隨機(jī)N摻雜劑對(duì)Ir₁的d帶中心的調(diào)制有效改變了反應(yīng)中間體的結(jié)合強(qiáng)度，從而優(yōu)化了PDH的勢(shì)能面。

這些結(jié)果加深了對(duì)金屬中心附近摻雜態(tài)的理解，并為多相催化中的摻雜工程提供了重要的啟示。

圖文解讀

圖1：N摻雜的Ir₁ SACs上PDH反應(yīng)由致密態(tài)變?yōu)榉侵旅軕B(tài)

圖2：不同含氮量的Ir₁/NC及其對(duì)PDH反應(yīng)的催化性能

圖3：在Ir₁/NC上使用SDMs進(jìn)行PDH反應(yīng)的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系

文獻(xiàn)信息

Regulating Peripheral Nitrogen Dopants in Single-Atom Catalysts to Enhance Propane Dehydrogenation,AngewandteChemie International Edition,?2024. https://doi.org/10.1002/anie.202416912.

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