Ti3C2 MXene金属缺陷稳定的单原子催化剂及其有效地CO2功能化应用

　　单原子位点催化剂，以其经济性和高活性，越来越引起很多研究者的关注。而单原子载体的研究是单原子位点催化剂研究的核心科学之一。负载单原子的载体不仅影响单原子的稳定性，也影响其电子结构，从而影响其催化性能。因此，探索和开发新型支撑材料和新方法具有重要的现实意义。清华大学化学系一个研究组首次利用能源储存领域的新型明星材料，二维碳化物，Ti₃C₂ 作为单原子的载体并对其CO₂有效功能化应用进行研究，相关的研究成果发表在2019年1月30日的《J. Am. Chem. Soc.》上。 

　　该研究组利用Ti₃C₂ MXene丰富的Ti缺陷和自身的还原特性，通过自还原-稳定的方法将高价态贵金属稳定在Ti缺陷处。得到的单原子Pt催化剂，Pt₁/Ti₃-xC₂T_y，可以在常压下，通过酰胺化反应，将温室气体CO2作为C源被固定在酰胺化合物中，从而得到高附加值的酰胺类化学品。理论计算证明，在整个反应过程中，相比于Pt颗粒，Pt₁/Ti₃-xC₂T_y催化剂的单位点Pt具有更高的反应活性。这些结果的发现不但为单原子催化剂的合成提供了新的指导，同时也首次尝试了MXene这一类材料在有机催化领域的应用，为其打开了在有机催化领域新的应用空间。该工作被选为同期封面文章，并且被美国化学会发行的新闻周刊《Chemical & Engineering News》以“MXene serves as support material for single-atom catalysts”为题特别报道。 

　　https://cen.acs.org/materials/nanomaterials/MXene-serves-support-material-single/97/i8 

　　图1 (a) Pt L3边的XANES谱；(b) EXAFS谱; (c)小波变换图；(e) 结构模型 

　　图1为利用北京同步辐射装置（BSRF）1W1B-XAFS实验站X射线吸收谱学实验获得Pt₁/Ti₃-xC₂T_y催化剂结构模型。图1a为Pt L3边的XANES谱，得出Pt₁/Ti₃-xC₂T_y中单原子Pt的价态为Pt⁰到Pt⁴⁺。而图1b-c中EXAFS谱和小波变换图，显示Pt₁/Ti₃-xC₂T_y中存在Pt-C键，而没有Pt-Pt键，证明Pt单分散状态存在。最后通过R空间拟合，得出其具体的单原子Pt周围的配位数和键长键角等结构信息从而得出其最合理的原子结构图（图1d）。这些结果为深刻地理解其催化反应机理奠定了基础。 

　　发表文章： 

　　Di Zhao,Δ Zheng Chen,Δ Wenjuan YangΔ Shoujie Liu, Xun Zhang, Yi Yu, Weng-Chon Cheong, Lirong Zheng, Fuqiang Ren, Guobing Ying, Xing Cao, Dingsheng Wang, Qing Peng, Guoxiu Wang, and Chen Chen* MXene (Ti₃C₂) Vacancy-Confined Single-Atom Catalyst for Efficient Functionalization of CO2, J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 4086-4093.