在國家自然科學(xué)基金項目(批準號：22025205、21673215、91945302、22072092、92045301)等資助下，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)路軍嶺教授團隊與李微雪教授等團隊合作，精準設計出單原子殼層的Au@Pt/SiO2雙金屬催化劑，從而打破了Pt催化劑活性—選擇性的“蹺蹺板”困境，在溫和條件下實(shí)現了高活性、高化學(xué)選擇性加氫。研究成果以“單原子殼層雙金屬催化劑打破尺寸調控加氫活性和選擇性的兩難困境(Bimetallic monolayer catalyst breaks the activity–selectivity trade-off on metal particle size for efficient chemoselective hydrogenations)”為題，于2021年10月18日在線(xiàn)發(fā)表在《自然×催化》(Nature Catalysis)上。論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41929-021-00679-x。

負載型金屬納米催化劑是一類(lèi)重要的催化劑，廣泛應用于石油化工、煤化工、精細化工、環(huán)境等領(lǐng)域。取得高選擇性是實(shí)現精準催化的關(guān)鍵，然而在大多數情況下，高選擇性往往通過(guò)犧牲催化活性來(lái)實(shí)現。其中，對于化學(xué)選擇性加氫反應，由于多種官能團可一同參與反應，同時(shí)實(shí)現高活性和高選擇性更具挑戰。

針對上述難題，該課題組首先利用原子層沉積(ALD)技術(shù)精準制備的特點(diǎn)，制備了具有不同Pt顆粒尺寸的Pt/SiO2催化劑，發(fā)現該系列催化劑在鹵代硝基苯選擇性加氫反應中的活性和選擇性隨Pt顆粒尺寸呈"蹺蹺板"關(guān)系。通過(guò)理論計算，對比研究了Pt(111)、Pt(211)、Pt55和Pt147模型表面的吸附和催化加氫特性，揭示了幾何效應和電子效應在對氯硝基苯加氫反應的各自貢獻以及隨尺寸演化規律。理論研究結果進(jìn)一步表明，基于晶格拉伸以及配體效應帶來(lái)Pt 5d帶中心的上移，可以提升加氫活性，而且平臺面的維持可以保持高選擇性。在此研究基礎上，該課題組再次利用ALD技術(shù)精準構筑出不同殼層厚度的Au@Pt/SiO2核殼型雙金屬催化劑。多尺度結構表征表明，Au@Pt/SiO2雙金屬催化劑展現出明顯區別于Pt單金屬催化劑的電子特征，且Pt殼層面內出現晶格膨脹，在溫和條件下同時(shí)實(shí)現高活性和高化學(xué)選擇性加氫，成功打破了Pt催化劑活性—選擇性的“蹺蹺板”困境(圖1)。

單殼層的雙金屬核殼催化劑中獨特的幾何結構和電子結構的性質(zhì)，為未來(lái)設計維持高貴金屬利用率、高化學(xué)選擇性和高活性的催化劑提供了一種有效策略。