image: 铂双原子层团簇实现烯烃硅氢加成反应的高效稳定转化 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
中国科学技术大学曾杰教授、严涵副研究员团队联合湖南大学马超教授等，成功制备出二氧化铈负载的双层铂原子团簇催化剂，并通过球差校正透射电子显微镜、同步辐射X射线吸收谱等多尺度表征技术首次证实该团簇具有独特的双层构型。该催化剂在烯烃硅氢加成反应中展现出超高活性和稳定性，为工业级有机硅材料的高效合成提供了新方案。
烯烃硅氢加成反应是合成有机硅材料的关键工艺，但工业界长期依赖均相铂催化剂，面临铂金属消耗高、副反应多导致产物纯度低、以及金属残留污染终端产品的三大痛点。多相催化剂是解决上述问题的关键突破口。然而，催化剂原子精度结构的精准指认对于理解催化行为极具挑战。
最近，中国科学技术大学曾杰教授、严涵副研究员团队联合合湖南大学马超教授通过创新的“沉积-还原”的策略，在CeO2纳米棒表面构建了尺寸为0.8‒1.2nm的双层铂团簇（Ptn/CeO2）。通过结合像差校正扫描透射电子显微镜原子级成像、定量STEM模拟以及X射线精细结构分析，首次精准描绘了负载于CeO2纳米棒上的铂金属簇呈现清晰的双层结构：底层铂原子与CeO2载体形成强界面键合，顶层则富含配位不饱和的金属态铂（Pt0）活性位点。这一精准结构设计为高效催化剂开发提供了新范式。该催化剂在工业关键的烯烃反马氏规则氢硅烷化反应中展现出卓越性能,硅烷转化率高达99.9%，质量比活性远超单原子和纳米颗粒催化剂，反马氏产物选择性达97.1%。更令人瞩目的是其优秀的循环稳定性，在连续10次循环后仍保持94%初始活性，解决了工业催化剂易失活的核心痛点。
团队通过CO-DRIFTS、H2-TPR等表征手段结合DFT计算揭示了性能根源：顶层的配位不饱和Pt⁰位点对硅烷分子有更强力吸附反应物（吸附能-2.38eV），而底层稳定的Pt-CeO2界面键合通过增强金属-载体相互作用抑制了铂浸出。