单原子催化剂（SACs）由于其单位点特性，在催化加氢等反应中表现出比纳米颗粒催化剂更好的选择性。然而，选择性的改进往往伴随着活性的丧失和缓慢的动力学。

近日，耶鲁大学Jae-Hong Kim，美国国家科学基金会Christopher Muhich报道了相邻的Pd SACs在保留孤立SACs的高选择性优点的同时，相邻原子之间的协同作用大大提高了碳-卤键的加氢活性。

本文要点

要点1. 研究人员首先通过静电吸引将Pd前驱体（PdCl₄²⁻）键合到胺修饰的SiC表面，然后用中等强度的紫外线C（UV-C）照射（7.8 mW cm⁻²）还原表面锚定的Pd前驱体，从而合成了Pd-SAC。

要点2. 高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像证实了Pd的原子分散和Pd纳米颗粒的存在，其中Pd物种的半径估计为1.5 Å。此外，0.5%-Pd/SiC（Pd质量载量=0.5%）中的Pd原子以i-Pd₁的形式稀疏分布。当s-Pd负载量增加到1.0%时，一小部分Pd原子形成相邻原子团n-Pd₁，而大多数仍然是i-Pd₁。在5.6%时，大多数Pd原子形成基团，其中相邻的Pd原子随机分布。这种n-Pd1分布模式与Pd原子团簇（Pd_nano）形成鲜明对比，后者显示出更高的Pd原子密度和具有清晰晶格条纹的有序晶体结构。此外，FT-EXAFS 表征结果证实了Pd在0.5%-Pd/SiC、1.0%-Pd/SiC和5.6%-Pd/SiC中的原子分散性，UV-C照射后Pd与O原子配位，这种独特的Pd-O配位与在Pd_nano/SiC中观察到的类似金属的Pd-Pd配位形成鲜明的对比。

要点3. 实验和计算结果表明，相邻的Pd原子协同作用降低了亚稳态反应的初始脱附和最终加氢产物脱附这两个关键亚稳态反应步骤的能量。相邻Pd原子的放置也有助于碳-氯键的几乎排他性氢化，而不会改变有机卤素中的任何其他键。因此，相邻的单原子具有良好的加氢性能，为控制SACs的活性和选择性提供了一种新的途径，在多种应用领域有望得到越来越多的研究。

Chu, C., Huang, D., Gupta, S. et al. Neighboring Pd single atoms surpass isolated single atoms for selective hydrodehalogenation catalysis. Nat Commun 12, 5179 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-25526-2

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25526-2