在过沸点环境下，通过双原子Ir–N4/Pt–N4催化剂利用平行反应途径实现甲酸氧化的突破

《Angewandte Chemie》：A Breakthrough in Formic Acid Oxidation by a Dual-Atomic Ir–N4/Pt–N4 Catalyst via Parallel Reaction Pathways Under Over-Boiling Point Environment

本研究提出Ir-N4/Pt-N4双原子催化剂，通过过沸腾点环境破坏甲酸分子氢键网络，建立Pt活化H与Ir结合羰基的双路径反应，显著提升甲酸氧化催化活性至125.9 A mg?1，超越传统催化剂。

　　

摘要

单原子催化剂（SACs）在处理复杂的多原子分子氧化反应（例如含C/H/O的化合物）时，由于活性位点简单以及羰基/C─H键的氧化路径繁琐，导致脱附-电荷转移过程较为缓慢。本文提出了一种新型的原子分散Ir–N₄/Pt–N₄催化剂（Ir₁–Pt₁ NC），它能够构建高效的双路径反应机制，即Pt负责激活氢原子吸附，而相邻的Ir位点在过沸点环境下特异性地结合羰基（C═O）。经过验证的Ir–N₄/Pt–N₄双隔离配位结构显著降低了能量障碍，形成了新的平行双路径反应机制，从而大幅提高了催化动力学性能并加速了电荷转移过程。分子动力学（MD）模拟表明，甲酸（FA）溶液中的强氢键网络会阻碍分子扩散，而过沸点操作能够显著削弱FA分子间的氢键作用，从而实现了“双重增强”效果。这种“过沸点下氢键解离的双原子催化剂”策略带来了前所未有的催化性能：其质量活性达到了125.9 A mg^?1，远超现有单原子催化剂（10–30 A mg^?1）和商用铱碳（Ir/C）催化剂（0.1 A mg^?1），为甲酸氧化（FAOR）及其他小有机分子的快速降解提供了一种新的“结构+环境”双重调控方法。

图形摘要

本研究报道了一种双原子Ir-N₄/Pt-N₄催化剂，它能够同时实现Pt激活氢原子吸附和Ir结合羰基的平行反应路径。结合过沸点操作破坏抑制性氢键网络，该催化剂在甲酸氧化反应中的质量活性达到了创纪录的125.9 A mg^?1，远超传统催化剂。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

本研究的数据可应合理要求向通讯作者索取。