馬丁教授，博士生導師。2009-至今，北京大學化學與分子工程學院研究員/教授；2007-2009，中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室，研究員；2005-2007，中科院大連化學物理研究所，副研究員/中國科學院百人計劃；2001-2005，牛津大學/Bristol大學，博士后；2000年，美國國家高場實驗室，訪問學生；1996-2001，中國科學院大連化學物理研究所，博士；1992-1996，四川大學，學士。
研究興趣：
針對能源和環(huán)境中的催化問題，在環(huán)境友好、資源合理利用的前提下，設計新催化過程，構建新型高效催化劑體系，并結合operando表征手段來解決催化過程中的重要科學問題，包括：
1）C1化學（合成氣、二氧化碳、甲烷、甲醇的轉化）；
2）氫氣的催化制備和輸運；
3）廢塑料轉化。
課題組網址：https://www.chem.pku.edu.cn/mading/index.htm。
2023年上半年，馬丁教授在JACS、ACS系列和Nature子刊等國際頂級期刊連續(xù)發(fā)表多篇高水平文章，本文僅選取了部分成果進行簡要介紹。
ACS Catal.：溫和條件下Rh/ZSM-5催化甲烷選擇性氧化制甲酸
甲烷（CH4）直接氧化制備增值液體化學品是一條具有廣泛應用前景的途徑，但是在溫和條件下實現高選擇性甲烷的高效轉化仍然是一個挑戰(zhàn)。基于此，北京大學馬丁教授、北京化工大學王志華教授和北京工業(yè)大學汪夏燕教授等人報道了在100 ℃、40 bar的總壓條件下，以氧氣（O2）分子為氧化劑、CO和H2O為氧化劑，合成了分散在ZSM-5上的銠（Rh）催化劑（Rh/ZSM-5）。
此外，在Rh/ZSM-5催化劑上增加酸度可以提高甲烷的轉化率和甲酸（HCOOH）的選擇性。在H+的促進條件下，在5.0Rh/H-ZSM-5催化劑上，甲烷的氧化活性在50 ℃和90 ℃時分別達到3.56 molHCOOH/molRh/h和23.96 molHCOOH/molRh/h，其中90 ℃時HCOOH對所有有機氧化物的選擇性達到98.48%。需注意的是，C-H鍵的激活甚至可以在室溫下發(fā)生。電子順磁共振（EPR）結果表明，酸性能促進以CO、H2O和O2為反應物生成·OH，在溫和條件下具有較高的催化活性。
Acid-Promoted Selective Oxidation of Methane to Formic Acid over Dispersed Rhodium Catalysts under Mild Conditions. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c01743.
Chem. Eng. J.：Cu/ZrO2催化劑界面結構的研究
銅（Cu）基催化劑在CO2低溫轉化甲醇過程中的性能與界面結構密切相關。基于此，浙江工業(yè)大學林麗利教授和北京大學馬丁教授等人報道了通過改變草酸鹽沉淀法中Cu和Zr前驅體的摩爾比和沉淀順序來調整Cu/ZrO2催化劑的界面結構。結構表征表明，隨著Cu/Zr比值的增大，界面結構逐漸由傳統的ZrO2負載納米-Cu界面轉變?yōu)镃u負載納米-ZrO2逆界面。
在90 molCu% Cu/ZrO2催化劑上，甲醇的時空產率（STY）為518 gCH3OH/kgcat/h，遠高于優(yōu)化后的40 molCu% Cu/ZrO2催化劑的351 gCH3OH/kgcat/h。反相催化劑對甲醇的選擇性最好，表觀活化能最低。暴露Cu的表面積、Cu的粒徑和CO2的吸附能力與STYmethanol的相關性表明，細小的ZrO2顆粒具有最佳的覆蓋范圍，Cu負載的納米-ZrO2逆構型是更適合由CO2合成甲醇的結構。
高壓原位漫反射傅立葉變換紅外光譜（DRIFTS）實驗表明，在90 molCu% Cu/ZrO2逆催化劑上吸附的甲酸酯和甲氧基中間體對進一步加氫反應更活躍。此外，逆構型更有利于甲醇的表面脫附，同時Cu負載納米ZrO2界面的加氫能力增強和相對較弱的氧化物吸附可能是反相催化劑催化性能提高的主要原因。
圖1. x molCu% Cu/ZrO2催化劑的制備示意圖
Insights into the interfacial structure of Cu/ZrO2 catalysts for methanol synthesis from CO2 hydrogenation: Effects of Cu-supported nano-ZrO2 inverse interface. Chem. Eng. J., 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.144006.
ACS Catal.：Rh1/ND@G高效催化腈加氫：尺寸效應和金屬依賴性效應
腈類加氫制取氨（NH3）作為一種原子經濟的合成途徑，在工業(yè)生產中受到了廣泛的關注。雖然研究了一些用于丁腈加氫的催化劑，但在該過程中實現高活性和選擇性仍然是一個主要挑戰(zhàn)。
基于此，北京大學馬丁教授、中國科學院金屬研究所劉洪陽研究員和紐黑文大學肖德全教授等人報道了通過沉積-沉淀策略制備了一種錨定在富含缺陷納米金剛石-石墨烯（ND@G）上的原子分散銠（Rh）催化劑（Rh1/ND@G），在溫和反應條件（333 K、0.6 MPa H2）下，該催化劑在苯腈加氫反應中表現出最高的活性（TOF達到2592 h-1），并且對仲胺具有高選擇性（超過99%）。
值得注意的是，作者制備了Rh簇催化劑（Rhn/ND@G）和一系列原子分散的M1催化劑（M=Rh、Ru、Pd、Ir和Pt），以了解苯腈（BN）加氫過程中的尺寸效應和金屬依賴效應。實驗和理論研究表明，Rh1/ND@G催化劑對二芐胺的選擇性高于Rhn/ND@G催化劑，因為其在Rh1活性位點上不太可能生成芐胺。
同時，利用吸附能（作為催化劑描述符）的差值來了解M1催化劑金屬依賴效應對芐腈加氫活性的影響。調節(jié)尺寸和金屬依賴效應可以導致高催化性能，為設計高效的腈類加氫催化劑鋪平了道路。
圖2. Rh1/ND@G和Rhn/ND@G對BN加氫的催化性能
Atomic-Dispersed Rh Enables Efficient Catalytic Nitrile Hydrogenation: Size Effect and Metal-Dependent Effect. ACS Catal., 2023, DOI:10.1021/acscatal.3c01562.
Angew. Chem. Int. Ed.：聚酯無溶劑多相催化加氫制二醇
通過化學回收和升級回收利用塑料聚合物中儲存的碳資源是一種很有前途的減少塑料廢物的方法，但目前大多數升級回收方法對特定有價值產品的選擇性有限，特別是在試圖完全轉化塑料時。基于此，北京大學馬丁教授和王蒙副研究員等人報道了一種利用鋅（Zn）修飾銅（Cu）催化劑將聚乳酸（PLA）轉化為1, 2-丙二醇的高選擇性反應途徑。
測試發(fā)現，該反應具有良好的反應活性（0.65 g gcat?1 h?1）和對1, 2-丙二醇的選擇性（99.5%），最重要的是可在無溶劑模式下進行。值得注意的是，整個無溶劑反應是一種原子經濟反應，反應物（PLA和H2）中的所有原子都固定在最終產物（1, 2-丙二醇）中，不需要分離過程。該方法為在溫和的條件下以最佳的原子利用率生產高純度聚酯產品提供了一種創(chuàng)新和經濟可行的解決方案。
Solvent-Free Heterogeneous Catalytic Hydrogenation of Polyesters to Diols. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202304219.
Nat. Commun.：正丁烷高效脫氫對催化劑的結構/金屬依賴性
單位點夾鏈銥（Ir）配合物在均相催化中表現出活化碳氫的能力。然而，均相催化劑的不穩(wěn)定性和催化劑回收困難是其固有的缺點，限制了其發(fā)展。
基于此，北京大學馬丁教授、中國科學院金屬研究所劉洪陽研究員和香港科技大學Xiangbin Cai等人報道了在納米金剛石@石墨烯（ND@G）上制備了一系列高度分散的Ir催化劑，包括原子分散的Ir原子（Ir1/ND@G）、Ir亞納米簇（Irn/ND@G）和Ir NPs（IrNPs/ND@G）。特別是對于Ir1/ND@G催化劑，Ir-SAs被ND@G表面的Ir-C鍵穩(wěn)定，從而形成與負載的單位點Ir螯合物相似的結構。
在正丁烷脫氫反應（BDH）中，Ir1/ND@G具有顯著的丁烷反應速率（8.8 mol·gIr?1·h?1）和高丁烯選擇性高（95.6%），表現出優(yōu)異的正丁烷脫氫催化性能。
即使在相對較低的溫度下（450 °C），Ir1/ND@G也顯示出0.48 s?1的周轉頻率（TOF），分別是Irn/ND@G和IrNPs/ND@G的19.2倍和34.3倍。
值得注意的是，作者將BDH活性與Ir-Ir鍵的平均配位數（CNs）聯系起來，揭示了從納米尺度到亞納米尺度的結構依賴性。作者將Ir SAs與Pt SAs和Pd Sas進行了比較，以了解BDH的金屬依賴性。密度泛函理論（DFT）計算結果表明，中間體的適度吸附和丁烯的易解吸保證了催化劑對丁烯的高活性和良好的穩(wěn)定性。
Structure-dependence and metal-dependence on atomically dispersed Ir catalysts for efficient n-butane dehydrogenation. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-38361-4.
Nat. Sustain.：PLA制取甲基丙烯酸甲酯
聚乳酸（PLA）等可生物降解的聚酯是傳統塑料的一種有希望的替代品，因為它們在處理后不會在環(huán)境中積累。然而，它們的生物降解導致CO2排放，或者廢棄的可生物降解聚酯可作為生產增值化學品的碳源。對廢棄的可生物降解聚酯進行價值化處理，既避免了其生物降解過程中的CO2排放，又實現了碳的可持續(xù)利用。
基于此，北京大學馬丁教授和王蒙副研究員等人首次報道了一種通過兩步催化反應將PLA塑料轉化為甲基丙烯酸甲酯的新過程。在第一步反應中采用α-MoC催化劑及甲醇，在反應溫度為220 ℃、無外加氫氣的條件下，通過醇解和加氫脫氧過程實現聚乳酸廢塑料高效制備丙酸甲酯（聚乳酸轉化率超過99%，丙酸甲酯收率約98%）。這種加氫脫氧催化體系同時適用于聚乙醇酸（PGA）及聚己內酯（PCL）的催化降解。
當進一步采用Cs-La/SiO2催化劑時，可以實現丙酸甲酯和甲醛向甲基丙烯酸甲酯的高效轉化（反應溫度為380 ℃，丙酸甲酯轉化率超過80%，甲基丙烯酸甲酯選擇性超過90%）。
此外，作者還使用商業(yè)PLA吸管（約含83%PLA）評估了PLA兩步法轉化為甲基丙烯酸甲酯的效率，6 g PLA吸管經過兩步催化轉化可獲得2.5 g甲基丙烯酸甲酯和2.1 g丙酸甲酯，整個反應過程中無需外加氫氣。該研究為管理報廢的可生物降解聚酯塑料和促進循環(huán)經濟開辟了一條新途徑。
Valorization of waste biodegradable polyester for methyl methacrylate production. Nat. Sustain., 2023, DOI:10.1038/s41893-023-01082-z.
J. Am. Chem. Soc.：Co-N4/Py-N實現多相氧化酶型催化
能夠模仿甚至超越天然酶的仿生催化系統的發(fā)展仍然是一個持續(xù)的挑戰(zhàn)，特別是對于可以進行非自然反應的仿生物合成。
基于此，復旦大學曹勇教授和劉永梅副教授、北京大學馬丁教授、中國科學院大學周武研究員等人報道了具有強大的氮相鄰-單鈷（Co）位點/吡啶-N位點（Co-N4/Py-N）對的全無機仿生系統如何作為氧化酶模擬物協同作用，從而實現氧氣（O2）還原與合成有益的化學轉化的緊密耦合。
通過開發(fā)這個廣泛適用的平臺，在環(huán)境條件下通過氫硅烷的前所未有的好氧氧化，證明了超過100種工業(yè)上和藥學上吸引人的O-硅化化合物的可擴展合成，包括硅烷醇、硼硅氧烷和硅醚。此外，這種異質氧化酶模擬物也為擴大酶合成的催化范圍提供了潛力。作者預計，該策略將為理解氧化還原酶的潛在性質鋪平新的道路，并為人工仿生開辟一類新的材料系統。
Nitrogen-Neighbored Single-Cobalt Sites Enable Heterogeneous Oxidase-Type Catalysis. J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.2c12586.
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