在设计新型多相催化剂时，阐明反应机理以及活性位点本身的几何和电子结构是一项十分具有挑战性的任务。此类研究最好通过多管齐下的方法实施，包括环境压力催化、表面科学和理论。基于此，美国塔夫茨大学E. Charles H. Sykes、加州大学洛杉矶分校Philippe Sautet和SLAC国家加速器实验室Simon R. Bare（共同通讯作者）等人报道了他们采用上述策略来深入研究了NiAu单原子合金（SAA）催化剂在乙醇选择性非氧化脱氢（EDH）为乙醛和氢气方面的工作原理。Ni的原子级分散对于从乙醇到乙醛的选择性转化至关重要，作者表明即使Au表面存在小的Ni簇，也会导致通过C-C断裂形成不需要的副产物。通过反应机理的光谱、动力学和理论研究表明，C-H和O-H键裂解步骤在动力学上是相关的，并且单个Ni原子被确认为活性位点。X射线吸收光谱研究可以在反应循环前、循环中和循环后跟踪Au主体中Ni原子的电荷。具体而言，在原始状态下，Ni原子带有部分正电荷，该电荷在与乙醇中带负电的氧配位时增加，在解吸时减少。在反应过程中的这种氧化态循环类似于单位点均相催化剂的行为。考虑到许多单位点催化剂的独特电子结构，这种组合方法可以监测单原子掺杂剂的原子级催化剂结构和电荷状态，作为其反应环境的函数，这是发展结构-功能关系的关键步骤，为新催化剂的设计提供指导。Mechanistic and Electronic Insights into a Working NiAu Single-Atom Alloy Ethanol Dehydrogenation Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c09274.https://doi.org/10.1021/jacs.1c09274.
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