Angew：单原子调制促进电催化乙烯环氧化

在环境条件下，利用乙烯和水电化学合成环氧乙烷（EO）是一种低碳替代现有工业生产工艺的方法。然而，目前的电催化乙烯环氧化途径在很大程度上受到缺乏活性、EO选择性和长期稳定性催化剂的阻碍。

基于此，大连化学物理研究所包信和院士、汪国雄研究员和高敦峰研究员等人报道了一种单原子钌（Ru）掺杂荷兰石结构的KIr₄O₈（KIrRuO）纳米线催化剂，用于通过氯化物介导的乙烯环氧化工艺高效生产EO。KIrRuO催化剂的EO局部电流密度高达0.7 A cm^-2，EO收率高达92.0%。

VASP解读

通过DFT计算，作者研究了单原子Ru掺杂KIr₄O₈（KIrRuO）纳米线催化剂上电催化乙烯环氧化的反应机理。以三层组成的1×3×1超级单体KIr₄O₈(200)表面作为模型，作者考虑了氯离子介导的乙烯环氧化过程的两种反应途径：首先加入*OH生成*CH₂CH₂OH（途径1: *CH₂CH₂ → *CH₂CH₂OH → *ClCH₂CH₂OH，即OH-Cl途径）或首先加入Cl生成*CH₂CH₂Cl（途径2: *CH₂CH₂ → *CH₂CH₂Cl → *ClCH₂CH₂OH，即Cl-OH途径）。

此外，作者计算了Cl吸附在Ir-bridge和Ir-top位点上的KIr₄O₈(200)上的完整反应路径。乙烯的吸附在所有Ir位点上都是放热和热力学上有利的，而不考虑Cl的吸附。由于Cl被吸附在Ir-top位点，无论是Cl还是*OH，乙烯氧化的第一步自由能都是下降，但第二步需要能量输入，途径1生成*ClCH₂CH₂OH所需的反应能量输入较低，为0.28 eV。在Ir-bridge位点上吸附Cl的情况下，途径1和途径2将分别需要1.13和1.26 eV的能量输入。因此，在KIr₄O₈(200)表面上形成*ClCH₂CH₂OH倾向于遵循途径1，Cl吸附在Ir-top位点。

Boosting Electrocatalytic Ethylene Epoxidation by Single Atom Modulation. Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202402950.

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