综述：贵金属基单原子催化剂在选择性加氢反应中的前景

这篇综述系统总结了贵金属基单原子催化剂（PM-SACs）在选择性加氢反应中的合成策略、表征技术及催化机制，重点探讨了其在苯乙炔、α,β-不饱和醛、硝基芳烃和喹啉加氢中的应用，并展望了其工业化挑战与机遇。

　　

引言

选择性加氢反应是合成纤维、橡胶、树脂等工业的关键环节，其核心在于高效催化剂的开发。贵金属基单原子催化剂（PM-SACs）凭借近100%的原子利用率、独特的量子尺寸效应和可调控的电子结构，成为催化科学的前沿热点。本文从合成策略、表征技术到应用机制，全面剖析PM-SACs在选择性加氢中的潜力与挑战。

PM-SACs的合成策略

1. 自下而上法

• 浸渍法：通过物理吸附或化学配位将金属前驱体固定在载体上，经干燥煅烧形成单原子分散。例如，Pt₁/N-MoO₂通过氮掺杂调节Pt电子云密度，提升抗CO毒化能力（TOF达3211 h^?1）。
• 原子层沉积（ALD）：利用自限性吸附特性实现单原子层沉积，如Pt₁/石墨烯通过循环次数精确控制Pt负载量，但设备成本高。
• 球磨法：机械力诱导前驱体解离，如Pd₁/ZnO通过10小时球磨实现千克级制备，CO氧化活性稳定。

2. 自上而下法

• 原位热解法：以MOFs为前驱体，高温碳化形成单原子锚定位点。Pd₁/N-C通过ZIF-8热解获得，乙酰加氢选择性达93%。
• 高温迁移法：利用“反向奥斯特瓦尔德熟化”现象，如Pt₁/CeO₂在800°C下通过CeO₂缺陷捕获挥发Pt物种。
• 微波法：快速还原金属前驱体，如Pt SASs/AG在2分钟内完成合成，避免高温烧结。

表征技术

• HAADF-STEM：直接观察单原子分散状态，如Ir₁/CoOOH中Ir单原子的原子级成像。
• XAFS：解析局部配位环境，如Ru₁/NC中Ru–N₄配位结构的确认。
• CO吸附红外光谱：区分活性位点类型，如Rh/ZnO-nw中Rh单原子仅显示线性-CO吸附（2070 cm^?1）。
• 原位XPS：监测反应中电子态变化，如Pt₁/TiO₂在NO还原中Pt⁴⁺→Pt^δ+的动态转化。

选择性加氢应用

1. 苯乙炔加氢
Pd₁/Ni@Graphene通过π-π相互作用优先吸附苯乙炔，抑制过度加氢，苯乙烯选择性达93%（TOF 7074 h^?1）。

2. α,β-不饱和醛加氢
Pt₁/Co₃O₄中Pt–Co双位点促进C=O键活化，肉桂醇选择性>95%；Rh₁/MoS₂的“口袋状”结构限制底物构型，巴豆醛加氢选择性100%。

3. 硝基芳烃加氢
Pd₁/α-MoC通过Pd^δ+优先吸附硝基氧原子，4-氯硝基苯加氢选择性>99%（TOF 2280 h^?1）。

4. 喹啉加氢
Ir₁/meso_S-C中S掺杂促进Ir电子转移，1,2,3,4-四氢喹啉选择性100%（TOF 1292 h^?1）。

催化机制

• 底物吸附构型：垂直吸附（如Pd₁@Cu–SiW中乙炔）利于选择性加氢。
• 氢活化：Pt–N₃位点异裂活化H₂生成H⁺/H^?，提升硝基芳烃加氢选择性。
• 氢溢流：Pt₁/TiO_2?x中Pt^δ+?O_V–Ti³⁺结构促进活性氢迁移，RWGS反应TOF达9289 h^?1。

挑战与展望

未来需突破动态表征技术、规模化合成稳定性及多金属位点协同机制等瓶颈，推动PM-SACs在绿色化工中的实际应用。