5月12日，鄭南峰教授團隊和芬蘭Jyväskylä大學的Hannu Häkkinen團隊合作在Chem上發表題為“Regioselective hydrogenation of alkenes over atomically dispersed Pd sites on NHC-stabilized bimetallic nanoclusters”的研究。該工作通過解析氮雜卡賓保護的合金納米團簇PdAu9（NHCBn）7X2的單晶結構，在原子水准上完整表徵出原子級分散Pd催化位點的配比特結構。並以此納米團簇為模型催化劑，結合實驗和理論計算深入理解了雙烯區域選擇性加氫過程中的結構和效能關係，實現了“看見”選擇性加氫過程的目標，為多相催化劑效能的精准控制提供了新思路。
研究團隊通過化學還原法製備了PdAu9（NHCBn）7X2（NHCBn為dibenzylbenzimidazolin-2-ylidene，X為Br或Cl）納米團簇，並通過X-射線單晶繞射解析了該團簇的分子結構。該團簇結構中的Pd單原子位點被9個Au形成的原子環包圍，而Au9原子環又被七個卡賓和兩個鹵化物配體所穩定。該團簇上單一Pd位點的環繞排列和配比特不飽和性賦予它活化H2的能力，均裂活化後的氫原子可以氫化丙烯醯胺中的C=C鍵，但不能氫化極性C=O鍵。有趣的是，由於處於Au9環及其表面配體所創造的特殊空間環境中，這種Pd單原子位點對加氫底物分子具有極高的選擇性，只有小比特阻的烯烴例如丙烯醯胺可以被氫化，而相對較大比特阻的甲基丙烯醯胺不能被氫化。DFT計算清晰地類比了整個反應歷程，發現解離的H原子非常接近金屬內核。但由於空間比特阻，甲基丙烯醯胺不像丙烯醯胺那樣容易接近，從能量和空間比特阻上都成功解釋了催化過程中選擇性的問題。鑒於NHC保護的團簇PdAu9在烯烴（分子結構差异很小）加氫中表現出完全不同的加氫效能，該組織點催化劑被應用於雙烯化合物的選擇性加氫反應中。在芳樟醇的選擇性加氫中，PdAu9/XC-72的催化的選擇性高達96.9%。一系列對比實驗表明，單個Pd原子的摻雜、團簇的開放框架以及PdAu9團簇的配體内容在催化反應中都起著至關重要的作用。
該工作在鄭南峰教授和Hannu Häkkinen教授的共同指導下完成。其中，實驗部分主要由2018級博士研究生沈慧和吳慶遠完成，理論計算部分由芬蘭Jyväskylä大學的Maryam Sabooni Asre Hazer和Sami Malola完成。工作得到國家重點研發計畫、國家自然科學基金、111引智計畫和Academy of Finland的資助。
論文連結：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929422002157？dgcid=author