苏大-华东理工Adv Mater：单原子Ir-WO3催化环氧苯乙烯与CO2加成

纳米技术

2022-10-04

由于CO₂与环氧化物通过环加成生成环状碳酸酯的反应能够生成具有较高经济价值的碳酸酯，因此具有重要的工业意义。单原子催化剂具有较高原子利用率和优异催化活性，在CO­₂环加成反应中表现了优异的前景。但是，单原子催化剂的催化活性位点与基底之间相互作用较弱，因此存在稳定性较低的局限。

有鉴于此，苏州大学李彦光、王昱沆、张浩，华东理工大学戴升等报道通过金属基底强相互作用，在WO₃基底构建Ir单原子催化剂Ir₁-WO₃，这种单原子催化剂在苯乙烯与CO₂环加成反应表现了优异的稳定性和催化活性，性能比目前报道催化剂的活性更高。

本文要点：

（1）

催化剂通过金属-基底之间的强相互作用展示了优异的CO₂环加成反应活性，在40 ℃ 15 h后，苯乙烯环氧化物与CO₂生成苯乙烯碳酸酯的反应达到100 %的转化率，而且催化剂在10次催化反应循环（150 h）后仍保持优异的催化活性（转化率仍达到98 %），未见活性衰减，这种优异的催化活性达到目前寿命最好催化剂的两倍。

（2）

DFT计算模拟发现，Ir单原子与WO₃之间具有金属-基底强相互作用，因此导致电荷重新分布，降低环氧化物开环反应的能垒。这项研究为发展高效稳定的CO₂环加成催化剂提供帮助和指导。

通过类似方法，分别合成了Ir₁-WO₃、Ir₁-CeO₂、Ir₁-TiO₂，通过XRD和EDS表征验证反应生成的催化剂为单原子催状态。通过XPS表征Ir₁-WO₃、Ir₁-CeO₂、Ir₁-TiO₂电子结构，发现Ir的价态接近4+，通过XANES表征Ir L₃-edge，发现Ir₁-WO₃的Ir配位数为4.8，与IrO₂的数值接近（5.0），从而进一步说明Ir₁-WO₃催化剂具有强金属-基底电子相互作用。

参考文献

Jie Xu, Heng Xu, Anqi Dong, Hao Zhang, Yitong Zhou, Hao Dong, Bo Tang, Yifei Liu, Lexi Zhang, Xijun Liu, Jun Luo, Lijian Bie, Sheng Dai, Yuhang Wang, Xuhui Sun, Yanguang Li, Strong Electronic Metal–Support Interaction between Iridium Single Atoms and a WO₃ Support Promotes Highly Efficient and Robust CO₂ Cycloaddition, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202206991

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206991