曹昌燕/宋卫国/王阳刚ACS Catalysis：充分暴露的Ir团簇立大功，实现高效催化N-杂环芳烃加氢

单原子催化剂(SACs)具有原子利用率高、电子结构独特、配位结构不饱和等特点，是当今多相催化研究的热点之一。然而，SACs主要缺点之一是它们不能为一些需要金属-金属相互作用的复杂反应提供具有多个金属原子的位点。此外，由于单个原子和载体之间的配位和电荷转移，SAC中的金属中心通常以氧化状态存在，这剥夺了特定催化反应的有效吸附和活化所需的金属性。

最近的研究表明，完全暴露的簇催化剂(FECCs)不仅可以像纳米粒子一样提供多个金属原子的催化位点，还可以像单原子催化剂一样保持完全的原子利用效率，使其成为连接金属单原子催化剂和纳米粒子的桥梁。由于这些独特的特性，FECCs被广泛研究，并在脱氢和氧化反应中表现出增强的催化性能。然而，它们在加氢反应中的应用鲜有报道，并且反应机理尚不清楚。

近日， 中国科学院化学研究所曹昌燕 、 宋卫国 和 南方科技大学王阳刚 等报道了一种锚定在硫掺杂碳载体上的充分暴露的Ir团簇(Ir _n /SC)，并通过实验证明其是一种高效的N-杂环芳烃加氢催化剂，该催化剂表现出比对应的Ir SAC (Ir ₁ /SC)和Ir NPs催化剂更高的活性和稳定性。

具体而言，研究人员以喹啉选择性加氢制备1,2,3,4-四氢喹啉(py-THQ)为模型反应，系统评估了上述Ir _n /SC催化剂的催化性能。在100 °C，2 MPa H ₂ 条件下，喹啉完全转化后，只有py-THQ生成，没有过度加氢产物生成，表明该催化剂对py-THQ具有良好的选择性；此外，Ir _n /SC在连续5个循环中表现出优异的稳定性，且反应后结构未发生明显变化。

实验结果和理论计算表明，在喹啉加氢反应中，最优的2Ir _n /SC的本征催化活性高于Ir ₁ /SC和Ir NPs，这可归因于Ir原子在Ir _n /SC和Ir ₁ /SC中不同的几何和电子结构导致了不同的加氢过程(Ir _n /SC上的经典Horiuti-Polanyi机理和Ir ₁ /SC上的Langmuir-Hinshelwood机理)，这使得Ir _n /SC对H ₂ 和喹啉表现出更有效地活化，以及更容易发生H原子转移和产物脱附。

综上，该项工作深入探究了Ir _n /SC催化加氢反应的机理，有助于拓展完全暴露金属团簇在加氢反应中的应用。

Fully Exposed Iridium Clusters Enable Efficient Hydrogenation of N-Heteroarenes. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c03148

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