多相催化剂对于提高化学转化的效率、原子经济性和环境友好性至关重要。金属是多相催化剂的核心组分，已以定义明确的纳米颗粒（NPs）形式广泛应用。科学家们早就意识到这种结构的大小很重要，其中所含金属的尺寸和形态通常在活性，选择性和稳定性中起决定性作用。由于阶梯、棱角在吸附和转化反应物方面往往表现出独特的内在能力，因此人们广泛利用粒度调整来提高催化剂的活性和选择性。近年来，单金属原子催化剂的引入带来了多相催化领域的一个重大进展。与均相配合物类似，金属是原子分散的，所有催化中心都是等效的，并且可以通过的金属-主体相互作用调节其电子性能，从而实现前所未有的性能。

有鉴于此，瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)的Javier Pérez-Ramírez教授、Cecilia Mondelli，和新加坡国立大学颜宁等人，综述了过去十年来从纳米颗粒到单原子的金属基固体催化剂在以生物质为原料进行增值品转化相关方面的研究进展。

本文要点

1）概述了金属颗粒尺寸在生物质增值品转化策略中的影响，涵盖了氧化还原反应（即加氢（脱氧），氧化和重整）到多种酸催化的转化，涉及的底物包括呋喃，糖，醇和多元醇，酮，酸和木质素衍生物。关于H₂介导的反应，大多数研究表明，较小的NPs更适合于呋喃的脱羰作用。较小的Pd和Co NPs更适合其氢化反应，较大的Cu NPs可以进行氢解反应。Pd SAC通常作为呋喃加氢的优良催化剂而出现。金对团聚程度的反应与一般趋势相反，单个原子处于非活性状态，而团簇或小的NPs具有优异的催化活性。在木质素衍生物的提质中，较大的Ni NP和较小的Pt NP在环氢化反应中更活跃，并且两种金属的较大NP能更好地促进C-O键断裂。含Nb催化剂中较小的Ru NPs能够裂解芳烃，因为它们具有更强的裂解芳香和脂族C-O键的能力。

2）在氧化过程中，颗粒大小对活性和选择性有很大的影响。对于贵金属催化呋喃转化，例如通过使用钴的单个原子或钌的簇，增加活性位点的分散度，可以提高底物的转化率。当使用非贵金属如硅铝石中的钛时，观察到急剧的转变，在宿主晶格中孤立的阳离子构成了唯一的活性物种。在选择性方面，在较大的Pt NP上倾向于形成部分而非完全氧化的产物。这与加氢反应领域的研究结果形成了对比，在加氢反应领域，此类Au NPs已经超过了最佳聚集度。尽管如此，这一观察结果仍然证实了金在团聚形式下效果更好的结论。铁沸石显示出很高的化学选择性，前提条件是过渡金属以孤立位点或低核团簇的形式固定在硅酸盐的骨架外位置。

3）虽然金属分离已经导致了各种生物量转化为增值品路线的显著改善，但只有很少的研究严格比较了SACs在活性、选择性和稳定性方面的性能，以及在相同条件下具有相同组成的基于NP的类似物。因此，需要更多的比较研究来评估单个金属原子的实际活性，这将有助于多相催化领域进一步向实际应用发展。为此，将来也应该对单原子的电子性质以及与载体的相互作用的性质进行更深层次的表征。而且，现在从NP到单原子有一个急剧的转变，低核团簇有待进一步研究。

参考文献：

Cecilia Mondelli et al. Biomass valorisation over metal-based solid catalysts from nanoparticles to single atoms. Chem. Soc. Rev., 2020.

DOI: 10.1039/D0CS00130A

https://doi.org/10.1039/D0CS00130A