单原子催化剂（SACs）具有合理设计的微环境（指配位环境和电子构型），在大多数反应中表现出优异的催化活性、选择性和稳定性。然而，构建具有特定微环境的孤立的SACs以了解微环境与活性的关系仍然具有挑战性。

近日，北京化工大学刘军枫教授，韩爱娟副教授，Tianyu Zhang报道了通过一种简单的缺陷工程策略在NiFe-LDHs上制备了三种具有独特配位环境和电子结构的Ru SACs，以揭示其用于苯甲醇氧化的微环境-活性关系。

文章要点

1）研究人员分别以M^III阳离子空位富集、M^II阳离子空位富集和原始NiFe-LDH为载体，在NiFe-LDH上获得了由M^III阳离子空位（Ru₁/LDH-V_iii）、M^II阳离子空位（Ru₁/LDH-V_ii）和表面羟基（Ru₁/LDH）固定的原子分散的Ru SACs。

2）研究人员用X射线光电子能谱（XPS）、X射线吸收精细结构（XAFS）和CO化学吸附的原位傅立叶变换红外光谱（FT-IR）研究了Ru₁原子的几何结构和电子结构。结果表明，Ru₁/LDH-V_iii（第一层配位为O₆，第二层配位为Ni₆）中的Ru SAC具有较高的氧化态和较少的d态电子。此外，密度泛函理论（DFT）计算表明，配位化学引起Ru₁/LDH-V_iii中Ru电子结构的改变，使苯甲醛更容易脱附。

3）实验结果表明，Ru₁/LDH-V_iii在苯甲醇氧化反应中表现出最高的催化活性（TOF值为1331 h⁻¹）和最好的催化稳定性（5次循环后衰减率为2.2%）。

通过调节NiFe-LDH中的空位缺陷合理地设计Ru单原子位点，不仅在苯甲醇氧化中带来了优异的性能，而且阐明了微环境与活性的关系，实现了原子水平上的性能调节。

参考文献

Jing Jin, et al, Microenvironment Engineering of Ru Single-Atom Catalysts by Regulating the Cation Vacancies in NiFe-Layered Double Hydroxides, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202109218

https://doi.org/10.1002/adfm.202109218