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【DFT+實驗】ACS Catalysis：鑒定單原子Au1/Nb2O5催化劑的活性來源

開發(fā)高效、穩(wěn)定的單原子催化劑（SACs）是一項重要又具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，需要確定單原子金屬的位置及其結(jié)構(gòu)。

基于此，華東理工大學(xué)王海豐教授和王艷芹教授等人報道了一種用于木質(zhì)素模型化合物甲基兒茶酚加氫脫氧的單原子Au₁/Nb₂O₅催化劑，該催化劑在連續(xù)五次轉(zhuǎn)化中保持穩(wěn)定性。此外，作者設(shè)計了一種具有更多Au⁺位點的催化劑，其催化活性增強。

通過DFT計算，作者研究了吸附在Au SACs上的甲基兒茶酚隨后的加氫脫氧過程。當(dāng)Au-H^δ?物種攻擊甲基兒茶酚中C_aromatic-OH的C_aromatic位點時，C_aromatic-OH鍵斷裂形成甲基苯酚，*OH占據(jù)Nb_4c位點，該過程的放熱強度為0.55 eV，勢壘為1.07 eV，在熱力學(xué)和動力學(xué)上都是可行的。

最后，*OH與晶格O錨定的H^δ+通過0.27 eV的低勢壘偶聯(lián)生成H₂O，微吸熱0.10 eV，完成整個反應(yīng)循環(huán)。在Au@Nb-O催化劑上的氫輔助（Au^δ+-H^δ?）脫羥基過程需要克服高達1.70 eV的激活勢壘和0.38 eV的吸熱，在熱力學(xué)和動力學(xué)上都是不利的。

在Au@O_v催化劑上，該過程的勢壘為1.39 eV，熱釋放為0.87 eV。在兩種Au SACs上形成的水的勢壘分別為0.38 eV（Au@Nb-O）和0.41 eV（Au@O_v），略高于Au@Nb_v-2O_v上的勢壘。

結(jié)果表明，Au@Nb_v-2O_v催化劑可以很好地進行加氫脫氧過程。此外，作者對這三種Au SACs進行了微動力學(xué)計算，發(fā)現(xiàn)在這些步驟中，第一個H攻擊是不可逆的，表明這是關(guān)鍵的限速步驟。

Identifying the Activity Origin of a Single-Atom Au₁/Nb₂O₅ Catalyst for Hydrodeoxygenation of Methylcatechol: A Stable Substitutional Au⁺ Site. ACS Catal., 2023.

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/03/20/bf7e415525/

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