01 導(dǎo)讀

目前，蘇州CO₂的大學(xué)過量排放是引起全球氣候變暖的重要原因之一，如何合理減少大氣中過量的李彥CO₂是科學(xué)家面臨的艱巨挑戰(zhàn)。而將CO₂轉(zhuǎn)化為有用的蘇州工業(yè)化學(xué)品被人們視為一種理想的解決方案。其中，大學(xué)CO₂與環(huán)氧化合物反應(yīng)制備環(huán)狀碳酸脂是李彥一類非常重要的綠色碳資源轉(zhuǎn)化技術(shù)。其產(chǎn)物可以廣泛應(yīng)用于極性溶劑、蘇州醫(yī)藥中間體和鋰離子電池電解液。大學(xué)迄今為止，李彥研究人員研究了大量用于合成環(huán)狀碳酸酯的蘇州均相和非均相催化劑。與傳統(tǒng)均相催化劑相比，大學(xué)非均相CO₂環(huán)加成催化劑省去了產(chǎn)品分離純化的李彥步驟，提高了工藝的蘇州經(jīng)濟(jì)可行性。在眾多的大學(xué)非均相催化劑中，單原子催化劑(SAC_S)因其具有較高的李彥原子利用率和均勻的活性位點(diǎn)分布，使CO₂環(huán)加成反應(yīng)具有更高催化活性。雖然已有單原子催化劑被報(bào)道用于CO₂環(huán)加成反應(yīng)，但是面臨著在循環(huán)反應(yīng)中環(huán)狀碳酸脂產(chǎn)率會(huì)明顯降低和穩(wěn)定性較差的一系列問題。這可能是由于表面單原子的自由能較高，而導(dǎo)致在反應(yīng)過程中發(fā)生團(tuán)聚和失活。因此，有必要開發(fā)出具有優(yōu)異穩(wěn)定性的單原子催化劑以滿足CO₂環(huán)加成反應(yīng)的工業(yè)需求。

第一作者：許杰，徐恒，董安琪

通訊作者：張浩，戴升，王昱沆，李彥光

02 成果掠影

作者們通過簡(jiǎn)單的水熱法合成了錨定在載體WO₃上的Ir單原子（Ir₁-WO₃）催化劑。該催化劑在低溫下催化CO₂環(huán)加成反應(yīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。例如，在40℃反應(yīng)條件下，氧化苯乙烯（SO）與CO₂反應(yīng)的產(chǎn)率為100%。值得注意的是， 該催化劑在經(jīng)過10個(gè)循環(huán)150小時(shí)測(cè)試后，其產(chǎn)物苯乙烯環(huán)狀碳酸酯（SC）仍然保持了98%的產(chǎn)率。密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，Ir單原子與WO₃載體之間的強(qiáng)電子相互作用（EMSI）有利于穩(wěn)定單原子，而且促進(jìn)了中間體的吸附，從而降低了環(huán)氧環(huán)開環(huán)的能壘。

03 核心創(chuàng)新點(diǎn)

1、利用強(qiáng)電子相互作用制備出一種穩(wěn)定的單原子催化劑Ir₁-WO₃。

2、該催化劑在催化CO₂環(huán)加成反應(yīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和循環(huán)穩(wěn)定性。

04 數(shù)據(jù)概覽

(a)?Ir₁-WO₃合成示意圖；(b) WO₃和Ir₁-WO₃的XRD；(c) Ir₁-WO₃的SEM圖像；(d)高分辨TEM圖像；(e) HAADF-STEM圖像以及相應(yīng)的EDS元素分布；(f) Ir₁-WO₃的HAADF-STEM圖像，Ir單原子由紅圈表示；(g) Ir和W原子沿(f)中1#的強(qiáng)度分布圖。

(a) Ir₁-WO₃在不同溫度下反應(yīng)15 h后SC的產(chǎn)率；(b) 40℃時(shí)不同反應(yīng)時(shí)間下Ir₁-WO₃/WO₃+TBAB和僅有TBAB的SC的產(chǎn)率；(c) Ir₁-WO₃/WO₃+TBAB和TBAB的Arrhenius圖；(d) Ir含量不同負(fù)載的催化劑在40℃、反應(yīng)15 h后SC的產(chǎn)率;(e) Ir₁-WO₃的十次循環(huán)實(shí)驗(yàn)；(f) 比較不同催化劑對(duì)CO₂環(huán)加成反應(yīng)的循環(huán)穩(wěn)定性；(g) Ir₁-WO₃在40℃下、反應(yīng)15 h后，不同環(huán)氧化物進(jìn)行CO₂環(huán)加成反應(yīng)的對(duì)比。

05 成果啟示

本文作者們合理設(shè)計(jì)并合成了一種穩(wěn)定的Ir₁-WO₃單原子催化劑，可用于CO₂環(huán)加成反應(yīng)。結(jié)構(gòu)表征表明，Ir單原子與載體WO₃之間存在強(qiáng)烈的電子相互作用（EMSI）。該催化劑在催化CO₂環(huán)加成反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。

文獻(xiàn)鏈接：Jie?Xu, Heng Xu, Anqi Dong, et al. Strong Electronic Metal-support Interaction Between Iridium Single Atoms and WO₃?Support Promotes Highly Efficient and Robust CO₂?Cycloaddition. Adv. Mater.?2022. https://doi.org/10.1002/adma.202206991.