马新宾/王勇Nature子刊：连续加氢过程中Cu簇的可扩展合成

对比Cu纳米颗粒和单原子，只含有少量原子的亚纳米Cu簇表现出独特的催化行为。然而，由于Cu物种的高迁移率，可扩展合成稳定的Cu簇仍是一个主要挑战。

基于此，天津大学马新宾教授和美国华盛顿州立大学王勇教授（共同通讯作者）等人报道了一种简便实用的稳定负载Cu簇催化剂的可扩展合成方法。该方法是在200 ℃低温下，将Cu从负载的Cu纳米颗粒扩散到CeO₂中，形成稳定的、尺寸合适的Cu团簇。

在连续加氢反应中，这些Cu团簇具有较高的中间产物产率（95%），由于它们对中间产物的平衡吸附和H₂的解离。

通过DFT计算，作者研究了Cu原子从SiO₂负载的团簇上分离，以及这些分离的Cu原子在CeO₂(100)和CeO₂(110)上的锚定。在CeO₂上Cu原子的吸附能为-2.26 eV至-3.56 eV，远低于SiO₂上的吸附能（-0.52至-0.64 eV）。

结果表明，Cu原子在CeO₂表面比SiO₂表面更稳定，从SiO₂中分离出来的Cu原子更倾向于锚定在CeO₂表面。

根据Cu原子的潜在锚定位置，Cu原子首先趋于稳定在CeO₂的氧空位上形成单一的Cu位点，随后更多的Cu原子在表面迁移并锚定在现有的Cu位点上，从而导致在CeO₂(100)和CeO₂(110)面上Cu簇的生长。

此外，作者还发现Cu₁位点和Cu_3~4簇在锚固过程中比其他位点更稳定。根据这些实验和理论结果，可以得出在低温下通过两步原子扩散过程获得稳定的Cu团簇。第一步发生在最初的几个小时内，包括Cu原子从NPs前体中释放出来，然后被CeO₂上的缺陷捕获，形成稳定的Cu SAs。

在此过程中，Cu的平均晶粒尺寸减小，而原子分散Cu^δ+的表面比例增大。当CeO₂上所有可用的位置都被占据后，释放出的多余Cu原子会锚定在单原子周围，逐渐形成稳定的Cu簇。

Scalable synthesis of Cu clusters for remarkable selectivity control of intermediates in consecutive hydrogenation. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36640-8.

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36640-8.

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马新宾/王勇Nature子刊：连续加氢过程中Cu簇的可扩展合成

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