01 導讀

目前，蘇州CO₂的大學過量排放是引起全球氣候變暖的重要原因之一，如何合理減少大氣中過量的李彥CO₂是科學家面臨的艱巨挑戰。而將CO₂轉化為有用的蘇州工業化學品被人們視為一種理想的解決方案。其中，大學CO₂與環氧化合物反應制備環狀碳酸脂是李彥一類非常重要的綠色碳資源轉化技術。其產物可以廣泛應用于極性溶劑、蘇州醫藥中間體和鋰離子電池電解液。大學迄今為止，李彥研究人員研究了大量用于合成環狀碳酸酯的蘇州均相和非均相催化劑。與傳統均相催化劑相比，大學非均相CO₂環加成催化劑省去了產品分離純化的李彥步驟，提高了工藝的蘇州經濟可行性。在眾多的大學非均相催化劑中，單原子催化劑(SAC_S)因其具有較高的李彥原子利用率和均勻的活性位點分布，使CO₂環加成反應具有更高催化活性。雖然已有單原子催化劑被報道用于CO₂環加成反應，但是面臨著在循環反應中環狀碳酸脂產率會明顯降低和穩定性較差的一系列問題。這可能是由于表面單原子的自由能較高，而導致在反應過程中發生團聚和失活。因此，有必要開發出具有優異穩定性的單原子催化劑以滿足CO₂環加成反應的工業需求。

第一作者：許杰，徐恒，董安琪

通訊作者：張浩，戴升，王昱沆，李彥光

02 成果掠影

作者們通過簡單的水熱法合成了錨定在載體WO₃上的Ir單原子（Ir₁-WO₃）催化劑。該催化劑在低溫下催化CO₂環加成反應表現出優異的催化活性。例如，在40℃反應條件下，氧化苯乙烯（SO）與CO₂反應的產率為100%。值得注意的是， 該催化劑在經過10個循環150小時測試后，其產物苯乙烯環狀碳酸酯（SC）仍然保持了98%的產率。密度泛函理論(DFT)計算表明，Ir單原子與WO₃載體之間的強電子相互作用（EMSI）有利于穩定單原子，而且促進了中間體的吸附，從而降低了環氧環開環的能壘。

03 核心創新點

1、利用強電子相互作用制備出一種穩定的單原子催化劑Ir₁-WO₃。

2、該催化劑在催化CO₂環加成反應表現出優異的催化活性和循環穩定性。

04 數據概覽

(a)?Ir₁-WO₃合成示意圖；(b) WO₃和Ir₁-WO₃的XRD；(c) Ir₁-WO₃的SEM圖像；(d)高分辨TEM圖像；(e) HAADF-STEM圖像以及相應的EDS元素分布；(f) Ir₁-WO₃的HAADF-STEM圖像，Ir單原子由紅圈表示；(g) Ir和W原子沿(f)中1#的強度分布圖。

(a) Ir₁-WO₃在不同溫度下反應15 h后SC的產率；(b) 40℃時不同反應時間下Ir₁-WO₃/WO₃+TBAB和僅有TBAB的SC的產率；(c) Ir₁-WO₃/WO₃+TBAB和TBAB的Arrhenius圖；(d) Ir含量不同負載的催化劑在40℃、反應15 h后SC的產率;(e) Ir₁-WO₃的十次循環實驗；(f) 比較不同催化劑對CO₂環加成反應的循環穩定性；(g) Ir₁-WO₃在40℃下、反應15 h后，不同環氧化物進行CO₂環加成反應的對比。

05 成果啟示

本文作者們合理設計并合成了一種穩定的Ir₁-WO₃單原子催化劑，可用于CO₂環加成反應。結構表征表明，Ir單原子與載體WO₃之間存在強烈的電子相互作用（EMSI）。該催化劑在催化CO₂環加成反應中表現出優異的催化活性和穩定性。

文獻鏈接：Jie?Xu, Heng Xu, Anqi Dong, et al. Strong Electronic Metal-support Interaction Between Iridium Single Atoms and WO₃?Support Promotes Highly Efficient and Robust CO₂?Cycloaddition. Adv. Mater.?2022. https://doi.org/10.1002/adma.202206991.