【DFT+实验】ACS Catalysis：鉴定单原子Au1/Nb2O5催化剂的活性来源

开发高效、稳定的单原子催化剂（SACs）是一项重要又具有挑战性的任务，需要确定单原子金属的位置及其结构。

基于此，华东理工大学王海丰教授和王艳芹教授等人报道了一种用于木质素模型化合物甲基儿茶酚加氢脱氧的单原子Au₁/Nb₂O₅催化剂，该催化剂在连续五次转化中保持稳定性。此外，作者设计了一种具有更多Au⁺位点的催化剂，其催化活性增强。

通过DFT计算，作者研究了吸附在Au SACs上的甲基儿茶酚随后的加氢脱氧过程。当Au-H^δ−物种攻击甲基儿茶酚中C_aromatic-OH的C_aromatic位点时，C_aromatic-OH键断裂形成甲基苯酚，*OH占据Nb_4c位点，该过程的放热强度为0.55 eV，势垒为1.07 eV，在热力学和动力学上都是可行的。

最后，*OH与晶格O锚定的H^δ+通过0.27 eV的低势垒偶联生成H₂O，微吸热0.10 eV，完成整个反应循环。在Au@Nb-O催化剂上的氢辅助（Au^δ+-H^δ−）脱羟基过程需要克服高达1.70 eV的激活势垒和0.38 eV的吸热，在热力学和动力学上都是不利的。

在Au@O_v催化剂上，该过程的势垒为1.39 eV，热释放为0.87 eV。在两种Au SACs上形成的水的势垒分别为0.38 eV（Au@Nb-O）和0.41 eV（Au@O_v），略高于Au@Nb_v-2O_v上的势垒。

结果表明，Au@Nb_v-2O_v催化剂可以很好地进行加氢脱氧过程。此外，作者对这三种Au SACs进行了微动力学计算，发现在这些步骤中，第一个H攻击是不可逆的，表明这是关键的限速步骤。

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

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【DFT+实验】ACS Catalysis：鉴定单原子Au1/Nb2O5催化剂的活性来源

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