工业催化中,多相催化发挥着重要作用。然而多相催化剂结构的多分散性严重阻碍了从原子水平研究多相催化机理和构效关系。制备具有原子级精确活性位点和组成的多相催化剂,对于多相催化基础研究和应用具有重要意义。原子精确的金属团簇催化剂为解决上述问题提供了理想平台。然而,由于表面配体的保护,大多数团簇催化剂面临表面可接触活性位点缺失问题,这极大地限制了其在多相催化中的应用。因此急需发展在团簇催化剂表面创制可接触活性位点新方法。
万贤楷课题组长期致力于金属团簇精准合成及催化应用研究。近日,利用不同金属与配体之间存在配位趋向差异,本着“站得高看得远,多配位锚定增强稳定性”原则,提出了异金属配位杂化(HCH)策略精准创制团簇催化剂表面稳定且可接触的活性位点。基于这一策略,高产率合成了超原子双金属团簇[(AuCu)71(m-MBT)46](CF3SO3)3(简称(AuCu)71, m-MBT = 3-甲基苯硫酚),并通过单晶X射线衍射技术解析其分子结构。得益于HCH策略,(AuCu)71表面具有四个可接触且稳定的开放双Au位点(Au2(SR)3)。多相团簇催化剂(AuCu)71/XC-72(XC-72为碳载体)在温和条件下(60 °C,空气)对硝基消除C–O偶联反应表现出优异的催化性能。其TON和TOF分别达到了2.88 × 10⁶ 和3.48 × 10⁵ h⁻¹,比商业Pd/C高出四个数量级。(AuCu)71优异的催化性能归因于其高度稳定且可接触的开放双Au位点,这些位点通过Au-O相互作用促进了去质子化苯酚衍生物的吸附从而引导硝基芳烃靠近,而非普遍认为的不同底物同时吸附模型。该工作提出的HCH策略为理性设计和构建多相催化剂中原子精确的可接触活性位点提供了新思路。

该研究以“Manipulating the Active Sites in Single-Nanocluster Catalysis by Heterometallic Coordination Hybridization at Atomic Precision”为题发表于Angew. Chem. Int. Ed.。四川大学为第一单位,化学学院万贤楷研究员为通讯作者,四川大学博士研究生戴祺和兰州大学陈曦教授为论文共同第一作者。感谢国家自然科学基金委、四川省自然科学基金、四川大学的经费支持;同时感谢化学学院测试平台以及四川大学分析测试中心在表征测试方面提供的帮助和支持。
文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202522490