发展能够以低消耗的H₂O₂进行快速高效率的将苯选择性氧化为苯酚（SOBP, selective oxidation of benzene to phenol）的催化剂对于实际应用而言非常重要，同时具有较高的挑战。

有鉴于此，大连理工大学赵忠奎（Zhongkui Zhao）、太原理工大学章日光（Riguang Zhang）、中科院大连物化所刘岳峰 （Yuefeng Liu）等报道通过水溶液介导预组装-热解法制备了一种结构独特的配位结构为Cu₁-N₁O₂的单原子催化剂（Cu-N₁O₂SA/CN），这种催化剂能够高效率的将苯选择性氧化为苯酚，反应的H₂O₂消耗比例较低，H₂O₂/苯=2:1，转化率高达83.7 %，苯酚的选择性高达98.1 %。

本文要点

（1）

催化剂的Cu₁-N₁O₂位点导致SOBP反应过程成为一种能垒更低的优势反应路径，实现了未曾预料的高反应速率，TOF达到435 h^-1，相比而言，配位结构为Cu₁-N₂、Cu₁-N₃的单原子，以及Cu纳米粒子的TOF都低于Cu₁-N₁O₂的TOF，其中Cu₁-N₂ (TOF 190 h^-1)、Cu₁-N₃ (TOF 90 h^-1)、Cu纳米粒子 (TOF 58 h^-1)。Cu-N₁O₂ SA/CN的TOF分别达到之前报道的Cu-N₃ SA/CN、Cu-N₂ SA/CN的4.8倍、2.3倍。

（2）

在溶液中预先组装-热解过程制备了单原子Cu₁催化剂，通过XAFS、HAADF-STEM、XPS等方法表征，验证催化剂的结构。DFT计算结果显示Cu₁-N₁O₂催化位点的O原子具有更高的亲电性，导致单原子Cu-N₁O₂ SA/CN催化剂的电荷转移活性更高，Cu 3d轨道的未占据比例更加显著，因此Cu₁-N₁O₂ SA/CN催化剂的SOBP反应能垒更低，反应能量变化更加平坦。

（3）

本文研究结果为调节单原子催化剂的电子结构提供一种简单但是高效率的方法，构建了工业反应选择性氧化制备苯酚的高催化活性、高选择性的非贵金属催化剂，在较低的H₂O₂添加量条件实现了选择性制备苯酚。这项工作为发展具有独特配位环境的单原子催化剂打开了大门。

参考文献

Zhang, T., Sun, Z., Li, S. et al. Regulating electron configuration of single Cu sites via unsaturated N,O-coordination for selective oxidation of benzene. Nat Commun 13, 6996 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-34852-y

https://www.nature.com/articles/s41467-022-34852-y