李亚栋院士/王定胜Angew：单原子催化剂的位距效应助力类芬顿反应

了解单原子催化剂，特别是密集单原子催化剂的位置相互作用特性，对于它们在各种催化反应中的应用具有重要意义。

近日， 清华大学李亚栋院士，王定胜教授 系统地研究了 N 掺杂石墨烯负载的单铜原子催化剂 Cu ₁ /NG 在类 Fenton 反应中的位距效应。 Fenton 和类 Fenton 反应能从过氧物（过二硫酸盐 (PDS) 、过氧单硫酸盐 (PMS) 、过氧化氢 (H ₂ O ₂ ) 等）中产生高活性氧物种 (ROS) ，已发展成为化学合成、癌症治疗、细菌灭菌、环境修复，特别是降解新出现的难降解有机污染物的强大技术。

本文要点

要点 1.  研究人员选择 PDS 来研究位距效应，其对碳基催化剂有很高的亲和力，而且对称结构有利于潜在的协同吸附在电荷分布相似的相邻铜（ Cu ₁ -Cu ₁ ）位点上。通过调节类 Fenton 反应的 Cu 原子密度来调节 Cu ₁ -Cu ₁ 中心的距离（记为 d _Cu1-Cu1 ），研究发现 SAC 中的 d _Cu1-Cu1 与 PDS 分子尺寸匹配或不匹配对类 Fenton 催化活性有显著影响。 d _Cu1-Cu1 在 5–6 Å 范围内的 Cu ₁ /NG 催化剂显示出比 d _Cu1-Cu1 超出该范围的催化剂高近两倍的有机氧化周转频率（ TOF ）。

要点2 .  进一步的实验包括电子顺磁共振（ EPR ）、自由基猝灭、原位拉曼、电化学测试和活性位点滴定，结合理论计算，证明了 Cu ₁ /NG 对 PDS 的活化是通过非自由基电子转移机制进行的，优化的 d _Cu1-Cu1 使 PDS 在催化剂上形成独特的双位点吸附，这促进了电荷从 Cu ₁ -Cu ₁ 位点转移到 PDS ，并导致优异的活性。然而，当 d _Cu1-Cu1 与 PDS 分子尺寸不匹配时，这种独特的双位点吸附将转变为单位点吸附，本征活性将显著降低。

因此，这种新的位距效应将有助于从根本上理解具有不同原子密度的 SACs 的活性性质，以及为期望的催化行为设计催化剂。

Bingqing Wang, et al, A Site Distance Effect Induced by Reactant Molecule Matchup in Single-Atom Catalysts for Fenton-like Reactions, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202207268

https://doi.org/10.1002/anie.202207268

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