Small:环化聚丙烯腈作为一种有前景的具有协同活性位点的单原子金属催化剂载体

研究背景

单原子催化剂(SAC)凭借其原子分散性、最高原子效率和不饱和配位,在各种金属催化过程中显示出优异的催化活性和选择性。由于单个原子具有较高的表面自由能,所以通常需要将其负载在具有高比表面积和丰富锚定位点的基材上,以防止其在合成和催化过程中的聚集。典型的载体包括沸石、COFs/MOFs、富含缺陷的氧化物、硫化物、氮化物、碳材料和聚合物等。其中,含有N、P和S元素的聚合物通常用于通过强配位相互作用合成SAC。报道的方法中,大部分需要热解过程来生产杂原子掺杂的碳底物,而高分子材料高温煅烧后,其所形成碳材料的加工性能变得极差,难以进一步制备成膜或其他形状的催化剂。所以,从长远来看,开发一种经济且综合性能好的单原子载体仍然是一个挑战。

文章概述

燕山大学王徳松教授联合河北科技大学段彦栋副研究员及广东工业大学张丙凯副教授提出用环化聚丙烯腈(CPAN)作为单原子金属催化剂的载体。CPAN可以在250 ℃下由聚丙烯腈(PAN)制备得到。作为廉价且成熟的工业产品,PAN具有优良的加工性能,可以制成不同的形貌,在低温下热处理即可形成CPAN。CPAN中含有多个N原子,可以捕获和稳定孤立的金属原子,利用这种方法可以很容易地放大以生产公斤级或更大产量的催化剂。 此外,研究人员依据密度泛函理论(DFT)计算结果提出了协同催化机制,这对于催化机理的研究提供了借鉴意义。

图1 Ag/CPAN制备过程示意图。(a)PAN。(b)CPAN。(c)Ag+/CPAN。(d)Ag/CPAN。

图2(a)N1s的XPS分峰谱图。(b)C1s的XPS分峰谱图。(c)XPS分峰中不同化学环境的N。(d)XPS分峰中不同化学环境的C。(e)CPAN-4h和Ag/CPAN-4h的拉曼光谱图。(f)CPAN-4h和Ag/CPAN-4h的红外光谱图。

图3 (a)CPAN结构的Fukui分析。Fukui函数可测量电荷密度ρ(r)相对于电子得失的灵敏度。(b)银原子被锚定在CPAN结构的N位。(c)和(d)Ag-CPAN上的BH4和4-NP分子吸附结构。插图表明BH4和4-NP吸附的形变电子密度。白色,黑色,深蓝色,浅蓝色和红色球体表示H,C,N,Ag和O原子。

论文信息:

Cyclized Polyacrylonitrile as a Promising Support for Single Atom Metal Catalyst with Synergistic Active Site

Lulu Liu, Yandong Duan*, Yu Liang, Amin Kan, Lin Wang, Qingzhi Luo, Yaqiang Zhang, Bingkai Zhang*, Zhen Li, Jing Liu, Desong Wang*

Small

DOI: 10.1002/smll.202104142

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202104142