摘要：金属单原子催化剂由于其独特的电子和配位特性，与块状金属相比具有更高的活性和选择性。然而，许多单原子催化剂由于与电负性元素或反应性较差的金属键合，存在活性位点随机分散且电子供体能力有限的问题。
金属单原子催化剂由于其独特的电子和配位特性，与块状金属相比具有更高的活性和选择性。然而，许多单原子催化剂由于与电负性元素或反应性较差的金属键合，存在活性位点随机分散且电子供体能力有限的问题。
2025年5月26日，上海交通大学叶天南、陈接胜在国际期刊Nature Catalysis上发表了题为《Ordered single active sites for cascade hydrogenation and hydroformylation reactions》的研究论文，Xiaojun Lu、Jiazhen Wu、Xinyi He、Zichuang Li为论文第一作者，叶天南、陈接胜为论文通讯作者。
叶天南，上海交通大学长聘教轨副教授，博导；入选国家海外高层次人才项目、上海市领军人才（青年）计划和上海市浦江人才计划，主持国家自然科学基金面上项目，日本学术振兴会JSPS海外项目，获得美国化学会ACS Catalysis青年研究员奖，2015年在上海交通大学获得博士学位；同年进入日本东京工业大学元素战略研究中心任特任助理教授，期间担任日本学术振兴会特别研究员 (JSPS fellow)。
主要研究方向为新型稀土无机固体材料的设计合成以及催化应用，特别是温和条件下合成氨及氨分解催化应用研究、高分散性金属纳米催化材料的设计制备及其能源与催化应用研究和新型金属间化合物、电子盐（electride）材料及其纳米化研究。迄今，共发表研究论文50余篇，其中第一作者/通讯作者论文24篇，代表性论文包括Nature，Nat. Catal.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Nat. Commun.等。
陈接胜，上海交通大学化学化工学院教授，国家杰出青年基金获得者，长江学者特聘教授。1979-1986年在中山大学学习，先后获理学学士和硕士学位；1986-1989年在吉林大学学习，获理学博士学位。1990-1994年，在英国大不列颠皇家研究院戴维—法拉第实验室开展博士后研究；1994-2007年于吉林大学化学学院先后任教授、博士生导师；1995-2007年任职吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室副主任；2008年至今于上海交通大学化学化工学院任职特聘教授。
研究方向为无机合成化学及固体材料化学，先后承担了国家杰出青年基金，国家自然科学基金委重点基金和国家重点基础研究计划（973）课题项目等的研究任务，在Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Acc. Chem. Res., Adv. Mater.等国内外有影响的学术刊物发表论文300余篇，获国家发明专利30余项。
在本文中，作者展示了的富镁金属间化合物Mg29TM4（TM=Pd、Rh、Ir、Pt）纳米催化剂克服了这些限制，这些材料在均匀的化学环境中周期性分散和电子丰富的贵金属单原子位点。
Mg29TM4在C2H2半加氢反应（Mg29Pd4）和烯烃加氢甲酰化反应（Mg29Rh4）中表现出高活性和选择性，其中Mg29Rh4实现了对支链醛的高区域选择性（支链/直链 > 200: 1）。动力学和密度泛函理论（DFT）计算研究表明，Mg-TM簇能够精确控制碳-碳多重键的吸附和活化，从而提高活性和选择性。
此外，三元Mg29Pd1.3Rh2.7催化剂以其协同的Mg-Pd和Mg-Rh双单原子位点，能够高效催化涉及苯乙炔加氢及随后加氢甲酰化的级联反应。
图1：原子分散催化剂从无序到有序结构的演变
图2：晶体结构和电子结构的理论分析
图3：Mg29Pd4的制备与表征
图4：Mg29Pd4结构表征
图5：代表性Mg29TM4化合物的元素EDS映射图像及其平均粒径
图6：Mg29Pd4和Mg29Rh4单原子互金属催化剂的催化性能
图7：单原子互金属催化剂的原子级级联催化作用
综上，作者成功合成了一类富含镁的金属间化合物Mg29TM4（TM=Pd、Rh、Ir、Pt）单原子催化剂，这些催化剂在乙炔半加氢和烯烃加氢甲酰化反应中展现出高活性和高选择性。
通过DFT计算和实验验证，证明了Mg29TM4催化剂在几何和电子结构上的独特优势，为设计高性能单原子催化剂提供了新思路。且三元Mg29Pd1.3Rh2.7催化剂可以通过协同Mg-Pd和Mg-Rh双单原子位点，高效催化苯乙炔加氢和随后的加氢甲酰化级联反应。
这一成果不仅在基础研究领域具有重要意义，还为工业上实现高效的半氢化和加氢甲酰化反应提供了潜在的催化剂选择，有望在精细化工和绿色化学领域得到广泛应用。
Lu, X., Wu, J., He, X. et al. Ordered single active sites for cascade hydrogenation and hydroformylation reactions. Nat. Catal. (2025). https://doi.org/10.1038/s41929-025-01346-1.
来源：MS杨站长
