单原子镍催化剂实现了低温氯苯分解过程中的氯原子转移路径

《Environmental Science & Technology》：Single-Atom Ni Catalysts Enable a Cl-Shift Pathway for Low-Temperature Chlorobenzene Decomposition

市政焚烧炉气中Ni@rGO催化剂通过Cl-重排机制实现150℃下98.6%的氯苯高效分解，DFT证实Ni与氯苯的η2-C配位驱动重排过程。

　　

在城市固体废物焚烧过程中，空气污染控制（APC）区域的烟气温度通常在120至180°C之间，这使得氯苯（CBz）的低温催化分解对于排放控制至关重要。尽管过渡金属催化剂被广泛使用，但它们在这些条件下的分解机制仍不清楚。在这里，我们以Ni单原子催化剂（Ni@rGO）作为模型系统，发现150°C时CBz的降解主要通过氢脱氯反应进行，同时伴随着CBz骨架中的大量氯原子迁移（Cl-shift）现象。这种重新排列优化了活性位点的吸附几何结构，提高了表面覆盖率，并在不破坏芳香环的情况下稳定了吸附效果。密度泛函理论（DFT）计算表明，氯原子迁移源于Ni与CBz之间的独特η²-C配位作用，且这种作用对氯取代的碳原子具有方向选择性。Ni–CBz复合物经历连续的配位–异构化循环，降低了C–Cl键能，减轻了空间位阻，从而加速了低温分解过程。利用这些协同效应，Ni@rGO在150°C时仅需极低载量的Ni就能实现98.6%的CBz分解效率。据我们所知，这是首次报道Ni单原子驱动的卤代芳香化合物降解过程中的氯原子迁移机制。