第一作者：Chunyang Dong

通讯作者：Yang-Gang Wang, Hongyang Liu, Wu Zhou, Ding Ma

通讯单位：Southern University of Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Peking University

研究内容：

负载金属种类的大小对其催化活性有深远的影响。然而，由于缺乏单原子敏感度和统计上有显著意义的定量方法，这种结构灵敏度对于原子尺度上的金属仍然不明确。在这里，我们克服了这一困难，以量化从单个原子到亚纳米簇和纳米颗粒的各种表面钯物种在十二氢-n -乙基咔唑脱氢反应中的催化贡献，这是一个对H2运输和利用至关重要的反应。结果表明，最佳位置为完全暴露的钯簇，平均钯配位数为4.4，有利于反应物的活化和产物的解吸，而钯单原子几乎不活跃。我们的研究强调，对于某些催化反应，构建完全暴露的金属簇，而不存在旁观者(即本研究中的钯单原子)，可以帮助最大化贵金属的反应活性和原子效率

要点一：

本文以DNEC为代表的载氢载体，研究了从纳米级到原子级负载钯的结构敏感性。通过结构解析和位点分布的形态分析，CNPd - Pd为4.4的完全暴露的原子层状钯团簇(CNPd - Pd 6.9)是最优的钯物种，与较大的钯粒子(CNPd - Pd 6.9)相比，具有更高的原子效率和内在活性。相反，阳离子钯单原子表现出最低的活性，使它们在反应中表现得像旁观者。

要点二：

DFT结果表明，如果没有足够数量的连续钯位，反应物不能被有效活化，而产物与金属钯晶体表面之间的强结合使解吸过程缓慢。由于具有较高的金属分散性、独特的电子性能和合适的整体尺寸，反应物的活化和产物的解吸都优于完全暴露的原子层状钯团簇。我们的研究指出了在实际催化剂设计中平衡原子弥散和整体要求的重要性，以同时获得更高的金属和质量标准化的催化效率。

图2：不同的Pd/ND催化剂的结构。a-f，Pd1/ND(a)、Pdn1/ND(b)、Pdn2/ND(c)、Pdp1/ND(d)、Pdp2/ND(e)和Pdp3/ND(f)的原子分辨HAADF-STEM图像。黄色的圆圈和白色的矩形分别突出显示Pd1和Pdn。g，不同Pd/ND催化剂的co探针漂移光谱。需要注意的是，所有气态CO和物理吸附的CO都是在298k时通过氩气流吹扫去除的。曲线下的灰色/红色、蓝色和绿色阴影分别代表Pd1、Pd1、Pdnx和Pdpy位点的拟合峰。不同光谱的常数相乘（如图所示）用于光谱归一化的目的。

参考文献

Chunyang Dong, Zirui Gao, Yinlong Li, Mi Peng, Meng Wang, Yao Xu, Chengyu Li, Ming Xu, Yuchen Deng, Xuetao Qin, Fei Huang, Xuyan Wei, Yang-Gang Wang, Hongyang Liu, Wu Zhou, Ding Ma. Fully exposed palladium cluster catalysts enable hydrogen production from nitrogen heterocycles. Nature Catalysis. 2022. https://doi.org/10.1038/s41929-022-00769-4.