Ru單原子催化劑用于生物質基醛／酮的還原胺化反應的研究

　　近日，中國科學院院士、中科院大連化學物理研究所研究員張濤和大連化物所催化與新材料研究室研究員王愛琴團隊發展了一種Ru單原子催化劑用于生物質基醛/酮的還原胺化反應，在不改變單原子分散的前提下，通過精細調控Ru單原子的配位環境，實現了催化劑的高活性、高選擇性和高穩定性，并建立了單原子配位環境、電子結構和還原胺化催化性能之間的關系。

　　2011年，張濤等人在國際上首次報道了Pt1/FeOx單原子催化劑，并在此基礎上提出“單原子催化”的概念（Nat. Chem. 2011）。此后，該概念迅速成為催化領域的研究前沿（Nat. Rev. Chem. 2018；Acc. Chem. Res. 2013），尤其在選擇加氫反應中，單原子催化劑表現出遠優于納米催化劑的活性和選擇性（Nat. Commun. 2014；Chem. Rev. 2020）。

　　在單原子催化中，活性金屬單原子周圍的微環境對其催化性能具有顯著影響，但如何在保持單原子分散的狀態下調控單原子周圍的配位環境，對單原子催化劑具有挑戰性。在前期研究工作中，團隊發展了精細調控Pt1/FeOx單原子催化劑中Pt-O配位數的方法，從而獲得了兼具高活性和高選擇性的催化劑（Nat. Commun. 2019），并通過多種譜學方法的聯用對一系列M-N-C單原子催化劑的M-Nx配位結構進行了高分辨解析（Chem. Sci. 2016；J. Am. Chem. Soc. 2017；Angew. Chem. Int. Ed. 2018）。

　　在此基礎上，團隊進一步將單原子催化劑拓展至更具挑戰的生物質基醛酮還原胺化反應中（Angew. Chem. Int. Ed. 2017；Green Chem. 2020），發展了一種高活性、高穩定Ru單原子還原胺化催化劑，并通過改變熱解溫度和熱解氣氛，精準調控中心Ru單原子的配位結構和電子結構，從原子/分子水平建立單原子Ru配位結構和還原胺化催化性能之間的構效關系，發現還原胺化活性隨著Ru-N配位數的降低而逐漸升高，其中，具有Ru1-N3結構的單原子催化劑活性達到最高，且優于目前文獻報道的所有Ru納米催化劑和均相催化劑，且該單原子催化劑具有優異的底物普適性和抗CO、S毒化以及耐高溫氫氣還原穩定性。

　　相關研究成果以Highly Selective and Robust Single-atom Catalyst Ru1/NC for Reductive Amination of Aldehydes/Ketones為題，發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。大連化物所2017級博士研究生齊海峰和楊級、副研究員劉菲為論文第一作者。研究工作得到科學技術部重點研發項目、國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）“能源化學轉化的本質與調控”等的資助。

　　Ru單原子催化劑用于生物質基醛/酮的還原胺化反應