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?中南/鄭大J. Catal.：不對稱N、S配位的單原子鈷與電子再分布用于催化加氫喹啉

中南大學劉又年和鄭州大學王立強等人報道一種蛋白質-金屬-離子網絡策略，用于制備負載在分級多孔碳（SA-Co/NSPC）上的單原子Co。SA-Co/NSPC具有不對稱的N/S配位金屬中心，即Co₁–N₃S₁。

此外，碳基質具有超薄的二維形態和分級多孔結構。具有Co₁-N₃S₁活性位點的SA-Co/NSPC催化劑對N-雜環的加氫表現出優異的催化性能。

為了了解SA-Co/NSPC催化劑的加氫機理，DFT理論計算研究Co₁-N₄（A）和Co₁-N₃S₁位點（B）的加氫反應。與Co₁-N₄相比，Co₁-N₃S₁的不對稱配位環境導致Co中心和相鄰碳原子的電子密度重新分布，導致Co中心上的電子分布更多。

與Co₁-N₄位點中的Co原子相比，Co₁-N₃S₁位點中的Co原子表現出下移的d帶中心（1.14eV對0.99eV）。

由于d帶中心介于反鍵和成鍵之間，可以用來描述H-金屬鍵的強度。當d帶中心下移時，反鍵態能級降低，容易被填充，可能導致解離H的解吸能低。

氫原子在Co₁-N₄和Co₁-N₃S₁上的脫附能(E_d)分別為2.71和2.42eV。較低的氫原子脫附能有利于后續加氫反應的擴散。此外，還研究喹啉在Co₁-N₄和Co₁-N₃S₁表面的吸附行為。

Co₁-N₄和Co₁-N₃S₁上的喹啉吸附能分別為-1.23和-0.67eV，較低的吸附能可以促進喹啉的活化，從而有利于其進一步加氫。

然后，進一步研究H₂在Co₁-N₄和Co₁-N₃S₁位點上的吸附/解離和解離氫(H*)的擴散。H₂在Co₁-N₃S₁上的吸附能比Co₁-N₄稍高（0.11對0.09eV），表明H₂的吸附能力幾乎相同。

然后，我們進一步研究Co₁-N₄和Co₁-N₃S₁上的H₂解離和H*擴散。Co₁-N₃S₁上的H₂解離能壘為0.50eV，而Co₁-N₄上的解離能壘為0.51eV，表明Co₁-N₃S₁和Co₁-N₄的H₂解離能力相似。Co₁-N₃S₁上的H*擴散比Co₁-N₄上的勢壘低得多（0.12對0.26eV），這表明H*在Co₁-N₃S₁上比在Co₁-N₄上更容易擴散。較低的擴散勢壘有利于氫化過程。因此，Co₁-N₃S₁的活性位點可能比Co₁-N₄對加氫反應具有更好的催化活性。

Feiying Tang, Guangji Zhang et al. Unsymmetrically N, S-coordinated single-atom cobalt with electron redistribution for catalytic hydrogenation of quinolines. Journal of Catalysis 414 (2022) 101–108

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2022.08.033

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