苯酚是重要的化工原料，苯直接一步催化氧化制備苯酚在綠色化學(xué)工業(yè)上具有重大意義。然而，開發(fā)一種高活性的催化劑是當(dāng)前苯氧化工藝所面臨的最大挑戰(zhàn)。清華大學(xué)化學(xué)系的一個(gè)研究組對單原子Fe催化劑的結(jié)構(gòu)和催化苯氧化性能進(jìn)入了深入的研究，相關(guān)的研究成果發(fā)表在2019年9月19日的《Nature Communications》上。 

　　該研究組采用了一種聚合-調(diào)控-熱解的策略合成了一種新型的單原子Fe基催化劑，并系統(tǒng)性研究了單原子Fe的配位環(huán)境對苯氧化反應(yīng)活性的影響。結(jié)果表明，單原子Fe位點(diǎn)特殊的配位環(huán)境產(chǎn)生了不一樣的催化效應(yīng)：四個(gè)配位N原子錨定的Fe原子催化劑（Fe-N₄）在室溫下表現(xiàn)出最高的苯氧化性能，其苯轉(zhuǎn)化率為78.6%，苯酚選擇性為100%，該性能超過了目前所有報(bào)道的苯氧化催化劑。當(dāng)用一個(gè)（Fe-N₃C₁）或兩個(gè)C原子（Fe-N₂C₂）取代配位N原子時(shí)，苯氧化活性逐漸降低，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的配位敏感性。更有意思的是，將Fe-N₂C₂催化劑用NH3處理后，C、N原子之間發(fā)生重排，C原子被N原子又重新取代，其苯氧化活性也能進(jìn)一步被提高。密度泛函理論計(jì)算進(jìn)一步表明，配位方式不僅影響催化劑的結(jié)構(gòu)和電子特性，而且影響催化劑的催化反應(yīng)路徑和關(guān)鍵氧化物種的形成?；谝陨习l(fā)現(xiàn)，該研究組提出了“配位敏感反應(yīng)”的概念，為今后探索原子級的構(gòu)效關(guān)系提供了新的思路。 

　　利用北京同步輻射裝置（BSRF）1W1B-XAFS實(shí)驗(yàn)站獲得的X射線吸收光譜解析得到了具有不同配位環(huán)境的單原子Fe催化劑，分別是Fe單原子與四個(gè)N原子形成的Fe-N₄結(jié)構(gòu)，Fe單原子與三個(gè)N和一個(gè)C原子形成的Fe-N3C1結(jié)構(gòu)，Fe單原子與兩個(gè)N和兩個(gè)C原子形成的Fe-N2C2結(jié)構(gòu)。 

　　發(fā)表文章： 

　　Yuan Pan, Yinjuan Chen, Konglin Wu, Zheng Chen, Shoujie Liu, Xing Cao, Weng-Chon Cheong, Tao Meng, Jun Luo, Lirong Zheng, Chenguang Liu,* Dingsheng Wang, Qing Peng, Jun Li, Chen Chen*. Regulating the coordination structure of single-atom Fe-NxCy catalytic sites for benzene oxidation,Nature Communications,10, Article number: 4290 (2019).