科研动态丨我院院长刘健教授团队在Applied Catalysis B上发表最新成果

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近日，我院院长刘健教授&高瑞教授团队联合中科院青岛能源所王光辉研究员团队在国际著名期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy上发表题为: Seed-mediated engineering of dual-atom Ag-Pd synergy on CeO₂ for selective transfer hydrogenation of nitroarenes的研究论文，中科院青岛能源所博士生张潜和内蒙古大学博士生张铭元为共同第一作者。

双原子催化剂（DACs）利用相邻金属原子间的协同效应，可以显著提升催化性能，已成为多相催化领域的研究热点。但是，精确合成DACs仍面临巨大挑战，因为两种金属原子在载体上易呈现随机分散状态，难以产生协同效应。本项工作提出了一种种子介导策略，成功构建了具有明确Ag1-Pd1双原子构型的Ag1-Pd1/CeO₂催化剂。该策略先以 K₂PdCl₄为前体，在 CeO_₂载体上合成单原子 Pd₁/CeO₂；再利用 Pd₁位点残留的 Cl 物种定向吸附 Ag 离子；最终经二次焙烧，通过 Pd-Cl-Ag 相互作用促使Ag₁-Pd₁双原子构型形成，从根本上解决金属原子随机分散问题。扫描透射电子显微镜（STEM）及元素分析显示，Ag 与 Pd 在 CeO₂上呈原子级均匀分散且位置相近；密度泛函理论（DFT）计算进一步证实，Ag 原子优先结合 Pd₁位点而非 CeO₂表面氧或氧空位，为双原子结构的成功构建提供了确凿证据。

在催化性能测试中，Ag₁-Pd₁/CeO₂展现出卓越优势。以3-硝基苯乙烯（3-NS）为底物的催化转移加氢（CTH）反应中，其催化活性及对目标产物3-乙烯基苯胺（3-VA）的选择性，均显著优于单原子 Pd₁/CeO₂，且长时间反应后仍能保持高选择性。研究还发现，CeO₂负载的单原子（SACs）与双原子催化剂（DACs）活性均依赖金属负载量：Pd₁/CeO₂性能呈火山型曲线，Pd 负载量为 0.4wt% 时最优，过高负载会覆盖 CeO₂表面氧空位（OV），破坏 “OV 活化中间体 - 金属位点加氢” 的双功能协同，导致活性下降。此外，催化剂使用后若因 AgPd 纳米颗粒形成而失活，通过稀 HCl 处理结合再次焙烧，可高效恢复其双原子结构与催化活性，体现出良好的循环稳定性。

机理研究结合 DFT 计算，揭示了催化剂高性能的核心机制。X 射线光电子能谱（XPS）与 X 射线吸收近边结构（XANES）分析表明，Ag 与 Pd 均呈氧化态且存在 Ag 向 Pd 的电子转移；扩展 X 射线吸收精细结构（EXAFS）谱检测到 Pd-Ag 与 Ag-Pd 配位峰，进一步证实双原子构型。DFT 计算显示，Ag^δ⁺-Pd^δ⁻双原子位点能保留 Pd 的 d 轨道分裂特性，既增强对 - NO₂基团的电荷转移以提升活性，又削弱对-C=C键的吸附以保障选择性。同时，Ag₁-Pd₁位点与 CeO₂的 Ce³⁺-OV 位点形成协同：Ce³⁺-OV 负责活化硝基芳烃生成中间体，双原子位点则驱动中间体定向转化为芳香胺。该工作为 DACs 的原子级精准合成提供新路径，也为多相催化领域的催化剂设计与机理研究提供了重要参考。