Angew. Chem. ：双单原子Cu−Co催化剂：触发水活化的开关

水分子作为地球上储量丰富、环境友好的一类资源，能够以氢原子、氧原子或者羟基的形式参与反应转化成高附加值化学品。然而，由于水分子的热力学稳定状态，其在温和条件下的转化利用仍然是一个严峻的挑战。双原子催化剂（DACs）既继承了单原子催化剂（SACs）独特的电子结构和可调控的配位环境等优点，又能够利用两种相邻的活性位点实现互补功能和协同作用使活性位点与反应中间体之间的结合能发生变化，有望作为理想的研究平台来调整水活化的反应途径，控制活性中间体的形成。

近日，中国科学院兰州化学物理研究所的崔新江研究员和赵培庆研究员制备了一种具有明确结构的Cu−Co双单原子催化剂（CuCo-DAC），促进了硅烷氧化过程中水的活化，其性能优于单原子Cu/Co催化剂（Cu/Co-SAC）。通过巧妙地将催化剂结构从SACs转变为DACs改变了水活化路径，在CuCo-DAC体系中水分子解离成具有低活化势垒的H*和OH*物种，而Cu/Co-SAC体系中水分子作为亲核试剂直接参与反应。

利用HAADF-STEM能够观察到许多原子对的存在，原子间距在2.4 ± 0.3 nm，说明成功制备了CuCo原子对。通过比较Cu-SAC、CuCo-DAC和相关标样的X射线吸收近边结构谱（XANES）的结果发现，CuCo-DAC中的Cu比Cu-SAC中的Cu表现出缺电子的性质，而CuCo-DAC中的Co表现出富电子的性质，这和XPS一致，表明了Cu−Co原子之间的键合和电子转移。对扩展X射线吸收精细结构谱（FT-EXAFS）分析发现，CuCo-DAC在第一壳层和第二壳层各观察到一个峰，这分别归因于Cu/Co−N键和Cu−Co键。而Cu/Co-SAC的FT-EXAFS谱图中，只观察到归因于Cu/Co−N键的峰。CuCo-DAC的EXAFS小波变换同样观察到Cu/Co−N键和Cu−Co键的存在。

理论计算研究表明，CuCo-DAC体系和Cu/Co-SAC体系经历了不同的反应机制。在CuCo-DAC体系中水分子解离成具有低活化势垒的H*和OH*物种，水的活化是反应决速步。而Cu/Co-SAC体系中水分子作为亲核试剂直接参与反应，氢气生成是反应决速步。该工作不仅合成了一种双原子催化剂，而且结合实验和理论计算为水的活化提供了新的见解。

论文信息

Water Activation Triggered by Cu−Co Double-Atom Catalyst for Silane Oxidation

Liping Zhang, Dr. Teng Li, Dr. Xingchao Dai, Jian Zhao, Dr. Ce Liu, Dr. Dongcheng He, Dr. Kang Zhao, Prof. Peiqing Zhao, Prof. Xinjiang Cui

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202313343