“雙碳”目標(biāo)呼吁著各行各業(yè)都要減少二氧化碳的排放量，這對傳統(tǒng)的石油能源領(lǐng)域更有著嚴(yán)格的要求。為了順利過渡到能源低碳化、無碳化，發(fā)展更清潔的能源迫在眉睫。而液態(tài)有機(jī)儲氫（LOCHs）能夠在溫和的溫度下釋放氫氣，并且具有安全、高效運(yùn)輸氫氣的優(yōu)點而備受關(guān)注。液態(tài)有機(jī)氫載體在氫能的存儲和應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義，甲苯能夠通過多步加氫還原為甲基環(huán)己烷，其具有毒性較低和氫存儲能力較高的優(yōu)勢，故作為液態(tài)有機(jī)氫載體受到廣泛研究。Ru等貴金屬具有優(yōu)異的加氫催化活性，但是價格昂貴且原子利用率低，阻礙了其應(yīng)用。因此，發(fā)展具有高活性和高原子利用效率的貴金屬催化劑成為巨大的挑戰(zhàn)。

近日，遼寧大學(xué)化學(xué)院楊黎妮教授團(tuán)隊與北京大學(xué)、中科院金屬研究所等單位合作，在活性中心結(jié)構(gòu)與甲苯催化加氫反應(yīng)活性之間的關(guān)系取得了新的研究進(jìn)展，其相關(guān)研究成果以標(biāo)題為“Fully exposed Ru clusters for the efficient multi-step toluene hydrogenation reaction” 發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》(化學(xué)類一區(qū)top，校A+期刊，IF = 16.1，DOI：10.1002/anie.202415542)，文章第一作者為遼寧大學(xué)化學(xué)院博士研究生王悅。

該研究采用沉積沉淀與浸漬法成功在納米金剛石/石墨烯（ND@G）復(fù)合載體上合成了從單原子、全暴露團(tuán)簇到納米顆粒的一系列Ru催化劑，探究了它們在甲苯多步加氫反應(yīng)中的結(jié)構(gòu)演變。研究發(fā)現(xiàn)，由3個Ru原子組成的全暴露Ru團(tuán)簇具有優(yōu)異的催化性能與循環(huán)能力。此外，在相對溫和的反應(yīng)(100 ^oC，1.5 MPa)下，與單原子和納米顆粒催化劑相比，它的TOF值高達(dá)9850.3 h^-1，遠(yuǎn)優(yōu)于以前研究報道的催化劑。

密度泛函理論(DFT)計算結(jié)果表明每個全暴露的團(tuán)簇內(nèi)鄰近Ru原子之間的協(xié)同作用促進(jìn)了反應(yīng)物的活化和產(chǎn)物的脫附，且在全暴露的Ru團(tuán)簇上甲苯多步加氫反應(yīng)的總能壘明顯低于單原子和納米顆粒催化劑，從而使其具有更高的活性。本工作對調(diào)控催化劑的尺寸、設(shè)計全暴露金屬團(tuán)簇催化劑用于甲苯多步加氫反應(yīng)提供了重要的理論與實驗基礎(chǔ)。

原文鏈接】https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202415542

第一作者：王悅，遼寧大學(xué)化學(xué)院2021級物理化學(xué)專業(yè)博士生，主要從事碳載金屬加氫催化材料的研究。

通訊作者：楊黎妮，教授，博士生導(dǎo)師，遼寧省“興遼英才計劃”青年拔尖人才，遼寧省“百千萬人才工程”百層次，沈陽市高層次人才“領(lǐng)軍人才”。主要從事新型復(fù)合納米材料在新能源和生命健康領(lǐng)域的研究。在Applied Catalysis B: Environmental 、Small 、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal等期刊上發(fā)表論文40余篇。主持國家自然科學(xué)基金2項、省部級項目5項。授權(quán)國家發(fā)明專利8項，轉(zhuǎn)化2項。