三嗪-共价有机框架材料负载的单原子催化剂Pd1/trzn-COF催化CO氧化的理论研究(英文)

作者：陈银娟; 卓红英; 潘原; 梁锦霞^*; 刘晨光^*; 李隽^*

来源：Science China-Materials, 2021, 64(08): 1939-1951.

共价有机框架材料(COF)是一类新兴的可裁剪、原子组成可控的催化剂载体.单原子催化剂(SACs)具有明确的活性中心结构和原子组成,为同时满足催化剂的高活性和高选择性提供可能,并为催化剂的实验和理论的高契合度研究提供桥梁.因此,本论文采用密度泛函理论(DFT),系统研究了以典型三嗪-共价有机框架材料为载体的钯单原子催化剂(Pd1/trzn-COF)的金属负载位点、稳定性和反应活性.基于sp2C原子、N/O杂原子和芳香环与三嗪环的共轭π电子的亲核性,一系列不同的吸附位点被用于负载Pd原子,研究结果表明Pd原子以约-5.0 eV的结合能稳定地结合在该COF材料上;基于两个最稳定构型间的位置毗邻性、能量相近性及其温和的迁移能垒,可以预测该体系中存在动态共存的单原子催化位点.此外, CO氧化机理研究表明, Pd1/trzn-COF的催化活性可通过特定-δ基团与+δ苯环中心的阴离子–π相互作用以及亚胺基团的吸电子特性进行调控.我们设计了一种新型的单原子催化剂Pd1/trzn-COF,并预测了其可能的CO氧化反应机理为三分子EleyRideal机理.该工作揭示了Pd原子与trzn-COF之间的d–π相互作用模式对于单原子催化剂Pd1/trzn-COF的稳定性和反应活性的影响,其研究结果有助于理解和设计基于COF的新型单原子催化剂.

• 单位
  重质油国家重点实验室; 中国石油大学（华东）; 清华大学