近日，《德国应用化学》（angew. chem. int. ed.）在线发表了我校化学工程与技术学院仲崇立/黄宏亮团队青年教师李健副教授的研究成果，其成功地将irving-williams序列理论应用于单原子位点（sass）催化剂设计和制备（jian li, minghao du, zhenfa wu, xinru zhang, wenjuan xue, hongliang huang,* and chongli zhong*, engineering single-atom sites with the irving-williams series for the simultaneous co-photocatalytic co2 reduction and ch3cho oxidation, angew. chem. int. ed., 2024, doi: 10.1002/anie.202407975）。
从d5到d10的过渡金属活性中心，其键能热力学平衡常数呈“λ”型趋势，理论上峰值为ni的d8。然而，受到jahn-teller效应影响，自发的几何畸变会导致波峰从ni的d8变为cu的d9，进而改变了金属与载体之间的晶体场稳定化能，使得含氮配体与3d二价金属离子耦合的配合物稳定性遵循irving-williams序列：mn (d5) < fe (d6)< co (d7)< ni (d8)< cu (d9)> zn (d10)。尽管该序列对金属配合物的合成具有重要的指导意义，但将这一理论应用于设计单原子位点（sass）催化剂的研究尚未见报道。
本研究在前期限域单原子位点催化剂的研究基础上（nat. catal., 2021, 4, 719），开发了一种带有邻菲罗啉单元的共价邻菲罗啉框架（cpfs）材料，用于锚定d5到d10的sass（mn²⁺、fe³⁺、co²⁺、ni²⁺、cu²⁺和zn²⁺），如图1所示。经过系列实验表征和理论计算验证，irving-williams序列准确预测了上述单原子位点催化剂的稳定性和电荷转移效率。光催化性能测试结果表明，与其他metal-sass/cpfs催化剂相比，cu-sass/cpfs展现出更优异的光还原co2到co和光氧化ch3cho到ch3cooh的活性。
图1.irving-williams序列设计单原子位点催化剂示意图
该论文的第一作者为化工学院青年教师李健副教授，黄宏亮副研究员和仲崇立教授为共同通讯作者。这是该团队今年在angew. chem. int. ed.期刊上发表的第4篇论文，团队项目受到国家自然基金重点和青年项目（no. 22038010, 22208244）及天津市自然科学基金（no. 22jcqnjc01390）的资助。
（审稿：化学工程与技术学院 陈继荣 编辑：党委宣传部 刘孜勤）
图片来源：化学工程与技术学院
