氧化铈基单原子催化剂的合成及其在有机反应中的
催化性能研究
摘要
单原子催化已成为多相催化领域最活跃的研究前沿之一。与亚纳米团簇、纳
米颗粒和块状材料相比，单原子催化剂之所以能吸引如此多的关注，主要是因为
1
它具有以下优势：（）由它们的不饱和配位位点和独特的电子结构带来的高活
性和选择性；（2）由于最大的原子利用效率，催化剂中贵金属使用量显著减少；
（3）利用结构明确的单原子作为活性位点，有助于从原子分子层次识别反应机
制，为结构活性关系的建立提供了可能。近年来，单原子催化剂在合成策略、-
表征技术及众多催化反应等方面取得了很大进展。在多相催化中，金属氧化物长
期被作为有效的催化剂载体使用。根据表面氧结合的强度，如果采用适当的策略，
活性金属可以原子地分散到氧化物载体上。金属原子锚定在表面氧空位及表面羟
基被认为是锚定金属单原子的理想位点，特别是对于具有优异氧化还原性能的氧
化物载体，如CeO。由于金属-载体之间的相互作用强，CeO作为载体可以在不
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使用保护剂的情况下合成稳定的单原子催化剂。本文研究了三种氧化铈基单原子
催化剂的制备方法及其分别在三种催化反应中的性能研究。具体分以下三个方面：
（1）利用羟基锚定在CeO表面，得到了带部分正电的单原子Cu与两个氧
x
原子配位。该Cu/CeO催化剂可以通过Cu-O-Ce界面实现电子转移，充分暴露
1x
单原子Cu的空间。在S-芳基化反应中，可以实现多个底物分子的配位和加成，
因此对二硫化物表现出优异的活性和特异性选择性。具有不同电子性质和位阻取
S-
代基的碘苯可以顺利地实现芳基化反应。
（2）通过在CeO上构筑的单原子Pt催化剂，具有较强的反马尔可夫尼科
2
δ+
夫烯烃硅氢化反应活性、选择性和可重复使用性。Pt/CeO的意外性质的形成
12
δ+
PtPt/CeO
可归因于物种独特的部分正价电子结构和原子分散性。12的制备通过
回收利用减少贵重铂的消耗，以单原子形式实现最大的原子利用效率，实现催化
剂的合理使用Pt，展示了实现绿色硅氢化工业的潜力。
3VClCeOCeO
（）将负载3的2在氮气中高温煅烧，经过优化得到了一种2
纳米棒锚定的V催化剂。通过对该催化剂进行各种表征证明了催化剂中的金属V
物种可能以孤立单原子位点的形式存在。该催化剂可以在温和的条件下选择性地
5-95.3%100%
氧化羟甲基糠醛并达到了的转化率和的选择性。
关键词：氧化铈；单原子催化剂；S-芳基化；烯烃氢硅化；5-羟甲基糠醛氧化
Synthesisofceriumoxidebasedmonatomcatalyst
anditscatalyticperformanceinorganicreaction
Abstract
Singleatomcatalysishasbecom