采用X射线吸收光谱表征单原子催化剂:至关重要与持久挑战

doi:10.1016/S1872-2067(17)62880-8

摘要/Abstract

摘要：

X射线吸收光谱（XAS）可为负载型单中心（单原子或单核金属络合物）催化剂的结构和电子特性提供重要信息.虽然XAS技术可表征真实反应条件下、无需长程有序结构的催化剂，并且可提供对于负载型单中心催化剂非常重要的金属-载体界面信息；但是它给出的信息是包括与催化有关或无关的所有负载型金属物种的平均信息.负载型催化剂的准确表征具有长期挑战性，也限制了我们准确地理解催化剂的构效关系.为了更好地利用XAS表征技术，深入研究催化剂的构效关系，并最终用其指导设计开发出高效的催化剂，制备具有均一结构活性位的负载型单中心催化剂，并采用XAS及相关技术对其表征至关重要.
本文列举了一些实例以说明XAS在表征具有均一结构活性位的负载型单中心催化剂方面的能力，以及XAS如何与其他技术（如扫描透射电子显微镜和红外光谱）互补，为以分子筛和金属-有机骨架材料为载体而制得的具有均一结构活性位的负载型单中心催化剂提供原子尺度的信息.

关键词: 负载型催化剂, X射线吸收光谱, 分子筛, 金属-有机骨架材料, 加氢, 二聚, 红外光谱, 扫描透射电子显微镜

Isao Ogino. 采用X射线吸收光谱表征单原子催化剂:至关重要与持久挑战[J]. 催化学报, 2017, 38(9): 1481-1488.

Isao Ogino. X-ray absorption spectroscopy for single-atom catalysts:Critical importance and persistent challenges[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2017, 38(9): 1481-1488.

×
扫码分享

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cjcatal.com/CN/10.1016/S1872-2067(17)62880-8

https://www.cjcatal.com/CN/Y2017/V38/I9/1481

参考文献

[1] Q. Fu, H. Saltsburg, M. Flytzani-Stephanopoulos, Science, 2003, 301, 935-938.
[2] J. D. Kistler, N. Chotigkrai, P. Xu, B. Enderle, P. Praserthdam, C. Y. Chen, N. D. Browning, B. C. Gates, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 8904-8907.
[3] B. T. Qiao, A. Q. Wang, X. F. Yang, L. F. Allard, Z. Jiang, Y. T. Cui, J. Y. Liu, T. Zhang, Nat. Chem., 2011, 3, 634-641.
[4] M. Yang, J. L. Liu, S. Lee, B. Zugic, J. Huang, L. F. Allard, M. Flytzani-Stephanopoulos, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 3470-3473.
[5] M. Yang, S. Li, Y. Wang, J. A. Herron, Y. Xu, L. F. Allard, S. Lee, J. Huang, M. Mavrikakis, M. Flytzani-Stephanopoulos, Science, 2014, 346, 1498-1501.
[6] J. Lin, A. Q. Wang, B. T. Qiao, X. Y. Liu, X. F. Yang, X. D. Wang, J. X. Liang, J. Li, J. Y. Liu, T. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 15314-15317.
[7] J. C. Fierro-Gonzalez, B. C. Gates, J. Phys. Chem. B, 2004, 108, 16999-17002.
[8] B. Zugic, S. Zhang, D. C. Bell, F. Tao, M. Flytzani-Stephanopoulos, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 3238-3245.
[9] E. J. Peterson, A. T. DeLaRiva, S. Lin, R. S. Johnson, H. Guo, J. T. Miller, J. Hun Kwak, C. H. Peden, B. Kiefer, L. F. Allard, F. H. Ribeiro, A. K. Datye, Nat. Commun., 2014, 5, 4885.
[10] H. S. Wei, X. Y. Liu, A. Q. Wang, L. L. Zhang, B. T. Qiao, X. F. Yang, Y. Q. Huang, S. Miao, J. Y. Liu, T. Zhang, Nat. Commun., 2014, 5, 5634.
[11] G. Malta, S. A. Kondrat, S. J. Freakley, C. J. Davies, L. Lu, S. Dawson, A. Thetford, E. K. Gibson, D. J. Morgan, W. Jones, P. P. Wells, P. Johnston, C. R. A. Catlow, C. J. Kiely, G. J. Hutchings, Science, 2017, 355, 1399-1403.
[12] J. H. Kwak, J. Hu, D. H. Mei, C.-W. Yi, D. H. Kim, C. H. F. Peden, L. F. Allard, J. Szanyi, Science, 2009, 325, 1670-1673.
[13] D. C. Koningsberger, R. Prins, X-ray Absorption:Principles, Applications, Techniques of EXAFS, SEXAFS, and XANES, Wiley, New York, 1988.
[14] D. C. Koningsberger, B. L. Mojet, G. E. van Dorssen, D. E. Ramaker, Top. Catal., 2000, 10, 143-155.
[15] J. A. van Bokhoven, C. Lamberti, X-ray Absorption and X-ray Emission Spectroscopy:Theory and Applications, Wiley, Chichester, 2016.
[16] A. M. Argo, J. F. Odzak, F. S. Lai, B. C. Gates, Nature, 2002, 415, 623-626.
[17] Y. Nagai, T. Hirabayashi, K. Dohmae, N. Takagi, T. Minami, H. Shinjoh, S. Matsumoto, J. Catal., 2006, 242, 103-109.
[18] J. Jones, H. Xiong, A. T. De La Riva, E. J. Peterson, H. Pham, S. R. Challa, G. Qi, S. Oh, M. H. Wiebenga, X. I. Pereira Hernández, Y. Wang, A. K. Datye, Science, 2016, 353, 150-154.
[19] S. Bordiga, E. Groppo, G. Agostini, J. A. van Bokhoven, C. Lamberti, Chem. Rev., 2013, 113, 1736-1850.
[20] A. S. Hoffman, L. M. Debefve, A. Bendjeriou-Sedjerari, S. Ouldchikh, S. R. Bare, J. M. Basset, B. C. Gates, Rev. Sci. Instrum., 2016, 87, 073108/1-073108/7.
[21] A. Uzun, B. C. Gates, Angew. Chem. Int. Ed., 2008, 47, 9245-9248.
[22] M. Moliner, J. E. Gabay, C. E. Kliewer, R. T. Carr, J. Guzman, G. L. Casty, P. Serna, A. Corma, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 15743-15750.
[23] C. H. Kjaergaard, M. F. Qayyum, S. D. Wong, F. Xu, G. R. Hemsworth, D. J. Walton, N. A. Young, G. J. Davies, P. H. Walton, K. S. Johansen, K. O. Hodgson, B. Hedman, E. I. Solomon, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2014, 111, 8797-8802.
[24] S. R. Bare, S. D. Kelly, W. Sinkler, J. J. Low, F. S. Modica, S. Valencia, A. Corma, L. T. Nemeth, J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 12924-12932.
[25] A. Corma, L. T. Nemeth, M. Renz, S. Valencia, Nature, 2001, 412, 423-425.
[26] P. Serna, B. C. Gates, J. Am. Chem. Soc., 2011, 1334714-4717.
[27] I. Ogino, C. Y. Chen, B. C. Gates, Dalton Trans., 2010, 39, 8423-8431.
[28] D. Yang, S. O. Odoh, T. C. Wang, O. K. Farha, J. T. Hupp, C. J. Cramer, L. Gagliardi, B. C. Gates, J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 7391-7396.
[29] C. Martinez-Macias, P. Serna, B. C. Gates, ACS Catal., 2015, 5, 5647-5656.
[30] R. J. Lobo-Lapidus, M. J. McCall, M. Lanuza, S. Tonnesen, S. R. Bare, B. C. Gates, J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 3383-3391.
[31] H. Miessner, I. Burkhardt, D. Gutschick, A. Zecchina, C. Morterra, G. Spoto, J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1989, 85, 2113-2126.
[32] A. S. Hoffman, C. Y. Fang, B. C. Gates, J. Phys. Chem. Lett., 2016, 7, 3854-3860.
[33] J. Lu, P. Serna, C. Aydin, N. D. Browning, B. C. Gates, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 16186-16195.
[34] A. J. Liang, R. Craciun, M. Chen, T. G. Kelly, P. W. Kletnieks, J. F. Haw, D. A. Dixon, B. C. Gates, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 8460-8473.
[35] D. Yang, S. O. Odoh, J. Borycz, T. C. Wang, O. K. Farha, J. T. Hupp, C. J. Cramer, L. Gagliardi, B. C. Gates, ACS Catal., 2016, 6, 235-247.
[36] D. Yang, V. Bernales, T. Islamoglu, O. K. Farha, J. T. Hupp, C. J. Cramer, L. Gagliardi, B. C. Gates, J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 15189-15196.
[37] K. Manna, T. Zhang, M. Carboni, C. W. Abney, W. Lin, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 13182-13185.
[38] J. C. Fierro-Gonzalez, S. Kuba, Y. Hao, B. C. Gates, J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 13326-13351.
[39] I. Ogino, P. Serna, B. C. Gates, in:R. Dronskowski, S. Kikkawa, A. Stein Eds, Handbook of Solid State Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2017, in press.
[40] J. D. Kistler, P. Serna, K. Asakura, B. C. Gates, in:J. A. van Bokhoven, C. Lamberti Eds, X-Ray Absorption and X-Ray Emission Spectroscopy, Wiley, Chichester, 2016, 773-808.
[41] J. E. Mondloch, W. Bury, D. Fairen-Jimenez, S. Kwon, E. J. DeMarco, M. H. Weston, A. A. Sarjeant, S. T. Nguyen, P. C. Stair, R. Q. Snurr, O. K. Farha, J. T. Hupp, J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 10294-10297.
[42] J. H. Cavka, S. Jakobsen, U. Olsbye, N. Guillou, C. Lamberti, S. Bordiga, K. P. Lillerud, J. Am. Chem. Soc., 2008, 130, 13850-13851.
[43] J. Lu, P. Serna, B. C. Gates, ACS Catal., 2011, 1, 1549-1561.
[44] J. Lu, C. Aydin, N. D. Browning, B. C. Gates, Langmuir, 2012, 28, 12806-12815.
[45] J. C. Fierro-Gonzalez, B. C. Gates, Langmuir, 2005, 21, 5693-5695.
[46] J. Lu, C. Aydin, N. D. Browning, B. C. Gates, Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 5842-5846.