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【DFT+實驗】ACS Catalysis：鑒定單原子Au1/Nb2O5催化劑的活性來源

開發高效、穩定的單原子催化劑（SACs）是一項重要又具有挑戰性的任務，需要確定單原子金屬的位置及其結構。

基于此，華東理工大學王海豐教授和王艷芹教授等人報道了一種用于木質素模型化合物甲基兒茶酚加氫脫氧的單原子Au₁/Nb₂O₅催化劑，該催化劑在連續五次轉化中保持穩定性。此外，作者設計了一種具有更多Au⁺位點的催化劑，其催化活性增強。

通過DFT計算，作者研究了吸附在Au SACs上的甲基兒茶酚隨后的加氫脫氧過程。當Au-H^δ?物種攻擊甲基兒茶酚中C_aromatic-OH的C_aromatic位點時，C_aromatic-OH鍵斷裂形成甲基苯酚，*OH占據Nb_4c位點，該過程的放熱強度為0.55 eV，勢壘為1.07 eV，在熱力學和動力學上都是可行的。

最后，*OH與晶格O錨定的H^δ+通過0.27 eV的低勢壘偶聯生成H₂O，微吸熱0.10 eV，完成整個反應循環。在Au@Nb-O催化劑上的氫輔助（Au^δ+-H^δ?）脫羥基過程需要克服高達1.70 eV的激活勢壘和0.38 eV的吸熱，在熱力學和動力學上都是不利的。

在Au@O_v催化劑上，該過程的勢壘為1.39 eV，熱釋放為0.87 eV。在兩種Au SACs上形成的水的勢壘分別為0.38 eV（Au@Nb-O）和0.41 eV（Au@O_v），略高于Au@Nb_v-2O_v上的勢壘。

結果表明，Au@Nb_v-2O_v催化劑可以很好地進行加氫脫氧過程。此外，作者對這三種Au SACs進行了微動力學計算，發現在這些步驟中，第一個H攻擊是不可逆的，表明這是關鍵的限速步驟。

Identifying the Activity Origin of a Single-Atom Au₁/Nb₂O₅ Catalyst for Hydrodeoxygenation of Methylcatechol: A Stable Substitutional Au⁺ Site. ACS Catal., 2023.

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