EurJIC：反应气氛驱动下原子分散Ru反应中心的动态生成和结构演化

绝大多数多相过渡金属催化剂的活性组分都是高分散的过渡金属纳米颗粒和团簇。此类催化剂被广泛用于石油精炼、催化合成、能源存储与转化等领域。自Taylor教授1925年提出催化活性中心的概念以来，普遍认为催化反应在活性中心上进行，活性中心的结构决定反应路径及产物结构。但在反应条件下，不论是活性中心上的反应物，还是反应环境的细微变化，都会影响活性中心稳定性。活性中心会不断地发生表面及体相的结构重组以适应反应条件。人们对于真实反应条件下的复杂反应的认识受制于真实反应中温度、反应气氛和活性中心结构复杂性等因素，催化理论与实验研究之间存在巨大的“温度鸿沟”与“压力鸿沟”。

近日，大连理工大学孟长功教授、刘新和郭慧敏副教授、博士生吴永等采用第一原理统计热力学方法研究了不同CO反应气氛下石墨烯负载Ru团簇的物种转化规律。结果表明，CO吸附会逐步改变石墨烯负载的Ru团簇的电子结构和内部的Ru-Ru、Ru-石墨烯和Ru-CO相互作用。尽管CO吸附会引发界面应力，导致Ru羰基化合物转化为更加稳定的多核多羰基化合物，表面多核多羰基Ru物种仍会在CO吸附驱动下动态分解转化为稳定的单核多羰基Ru物种，并可作为催化活性中心驱动氢甲酰化等反应。这一工作揭示了真实CO气氛下石墨烯负载Ru团簇的结构演化规律以及CO诱导单分散Ru反应中心的动态生成和演化热力学。这为不仅为理解纳米尺度下的高效催化反应的作用机制提供了新思路，也为单原子活性中心的可控制备和应用提供了新方向。这种通过控制反应条件实现单原子催化活性中心动态生成的设计，未来可能作为一种普适的手段应用到其他多相催化体系中。

论文信息

Evolution of Graphene Supported Ru_N (N=1–4) Clusters in CO Atmosphere: A First-Principles Investigation

Yong Wu, Prof. Huimin Guo, Prof. Xin Liu, Prof. Changgong Meng

European Journal of Inorganic Chemistry

DOI: 10.1002/ejic.202200719