了解单原子催化剂，特别是密集单原子催化剂的位置相互作用特性，对于它们在各种催化反应中的应用具有重要意义。

近日，清华大学李亚栋院士，王定胜教授系统地研究了N掺杂石墨烯负载的单铜原子催化剂Cu₁/NG在类Fenton反应中的位距效应。Fenton和类Fenton反应能从过氧物（过二硫酸盐(PDS)、过氧单硫酸盐(PMS)、过氧化氢(H₂O₂)等）中产生高活性氧物种(ROS)，已发展成为化学合成、癌症治疗、细菌灭菌、环境修复，特别是降解新出现的难降解有机污染物的强大技术。

文章要点

1）研究人员选择PDS来研究位距效应，其对碳基催化剂有很高的亲和力，而且对称结构有利于潜在的协同吸附在电荷分布相似的相邻铜（Cu₁-Cu₁）位点上。通过调节类Fenton反应的Cu原子密度来调节Cu₁-Cu₁中心的距离（记为d_Cu1-Cu1），研究发现SAC中的d_Cu1-Cu1与PDS分子尺寸匹配或不匹配对类Fenton催化活性有显著影响。d_Cu1-Cu1在5–6 Å范围内的Cu₁/NG催化剂显示出比d_Cu1-Cu1超出该范围的催化剂高近两倍的有机氧化周转频率（TOF）。

2）进一步的实验包括电子顺磁共振（EPR）、自由基猝灭、原位拉曼、电化学测试和活性位点滴定，结合理论计算，证明了Cu₁/NG对PDS的活化是通过非自由基电子转移机制进行的，优化的d_Cu1-Cu1使PDS在催化剂上形成独特的双位点吸附，这促进了电荷从Cu₁-Cu₁位点转移到PDS，并导致优异的活性。然而，当d_Cu1-Cu1与PDS分子尺寸不匹配时，这种独特的双位点吸附将转变为单位点吸附，本征活性将显著降低。

因此，这种新的位距效应将有助于从根本上理解具有不同原子密度的SACs的活性性质，以及为期望的催化行为设计催化剂。

参考文献

Bingqing Wang, et al, A Site Distance Effect Induced by Reactant Molecule Matchup in Single-Atom Catalysts for Fenton-like Reactions, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202207268

https://doi.org/10.1002/anie.202207268