分子O₂是燃烧，氧化和电化学反应中最简单，含量最丰富的氧化剂。O₂活化途径取决于催化活性位点的性质，由于d-嵌段金属具有丰富的氧化态和不同的配位几何结构，因此催化活性位点通常包括d-嵌段金属。在电化学氧还原反应中，对于O₂的吸附和O=O键的断裂，都需要金属d带中心的最佳位点。与团簇中的连续能带结构相比，表面原子金属位点具有离散的电子结构。精确控制这些位点的能量是获得具有优异选择性的新型反应途径的关键。

近日，英国伦敦大学学院Bolun Wang，Feng Ryan Wang报道了通过利用铈（Ce）离子的骨架来降低孤立铜原子（Cu）位的3d轨道能量用于实现选择性O₂活化。

文章要点

1）Operando X射线吸收光谱、电子顺磁共振和密度泛函理论结果表明，在298K时，[Cu(I)O₂]³⁻位选择性地吸附了分子O₂，形成了罕见的亲电η²-O₂物种。在相邻Ce(Ⅲ)阳离子的辅助下，η²-O₂最终还原为两个O^2-，在453 K时形成两个氧桥接的Cu-O-Ce。

2）研究发现，孤立的的Cu(I)/(II)原子位点在CO氧化中的活性是CuO团簇的十倍，在373 K和0.01 bar P_CO下的周转频率为0.028±0.003 s^-1。因此，具有独特电子结构的[Cu(I)O₂]^3-位在选择性氧化中具有极大应用潜力。

Kang, L., Wang, B., Bing, Q. et al. Adsorption and activation of molecular oxygen over atomic copper(I/II) site on ceria. Nat Commun 11, 4008 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-17852-8

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17852-8