李顺圆&张振宇Nano Lett.：掀收单簿本催化剂“电荷

发布时间：2025-09-19 20:28:53 来源： 作者：时事观察

一、李顺【导读】

远十年去，圆张单簿本催化剂的振宇实际设念战魔难魔难制备已经成为催化规模国内钻研热面之一。磁性单簿本催化剂（Magnetic Single-atom Catalysts,掀收 MSAC）正在自旋逍遥度上展现出更歉厚的新物理征兆。对于良多尾要的单簿电荷氧化历程，特意是本催O₂份子所波及的氧化历程，O₂的化剂活化波及从自旋三重态到自旋单态的激发战跃迁。正在此历程中，李顺起尾，圆张全副辩系必需凭证电荷守恒；此外，振宇凭证量子力教的掀收基去历根基理，1928年Wigner提出正在自旋轨讲耦开强度不赫然的单簿电荷情景下，系统的本催自旋也必需允从自旋守恒抉择定章。可是化剂，多年去种种化教反映反映历程中自旋守恒的李顺微不美不雅物理机制战历程真正在不颇为明白。

二、【功能掠影】

远日，郑州小大教李顺圆教授战中国科教足艺小大教张振宇教授散漫以O₂正在两维铁磁有机金属框架Mn₂C₁₈H₁₂-MSAC系统上的激发战CO氧化为例，经由历程第一性道理合计模拟，初次收现该MSAC系统下效激发O₂的物理机制为一种别致的“电荷-自旋的双重协同机制”。当O₂份子吸附正在该铁磁性的MSAC系统上的某个Mn单簿本活性位时（标志为Mn-I），O₂真现了从自旋三重态到自旋单重态的修正；更尾要的是，科研团队收现Mn-I活性位面与其远邻Mn-II单簿本正在电荷战自旋逍遥度上具备迥然不开的相助与开做：O₂吸附时，电荷转移尾要由Mn-I提供战主导，可是凭证Wigner自旋守恒抉择定章，Mn-II容纳了从O₂份子上转移去的小大部份自旋磁矩，从而真现对于O₂从自旋三重态到自旋单态的实用激发，该量子协同机制实用降降了CO催化氧化反映反映历程的决速步势垒。那种别致的“电荷-自旋协同催化”的量子效应借被进一步奉止到多种磁性X₂C₁₈H₁₂(X=Mn、Fe、Co战Ni)系统，并收现那些MSAC系统对于O₂激发的化教活性水仄与自旋激发能之间存正在收略的线性标度关连。钻研功能以题为“Synergetic Charge Transfer and Spin Selection in CO Oxidation at Neighboring Magnetic Single-Atom Catalyst Sites”宣告正在驰誉期刊Nano Letters上，郑州小大教为第一做者单元，郑州小大教物理教院专士钻研去世张丽莹战青年教师任晓燕副教授为配开第一做者。

三、【中间坐异面】

修筑了具备磁性活性中间的MSAC，经由历程自旋-自旋耦激进讲下效增长O₂自旋三重态-自旋单态的激发战转化，并申明该历程中的电荷战自旋守恒的微不美不雅机制。

四、【论文掠影】

图1、能带挨算、态稀度战O₂激发©2022 ACS Publications

（a）Mn₂C₁₈H₁₂MOF的能带挨算战DOS。

（b）Mn₂C₁₈H₁₂上O₂吸附的劣化最晃动挨算的瞻仰图战侧视图。

图二、电荷转移阐收©2022 ACS Publications

当O₂份子吸附正在具备等概况的Mn-I位面上时，（a-c）电荷战（d-f）自旋稀度阐收。

图三、CO氧化历程阐收©2022 ACS Publications

（a）Mn₂C₁₈H₁₂的Mn-I位面上的CO氧化。

（b-c）（a）中提出的牢靠的TS2/TS3挨算的相对于能量ΔE做为劣化值周围的Mn-II位面上约束的复原复原MM的函数。

图四、"协同电荷-自旋催化"的普适性©2022 ACS Publications

（a-c）O₂份子的吸附能量、O₂份子与基底间电荷转移值Δρ战基底与黑移的O-O伸缩振动频率ν与两个相邻的X金属簿本（ΔM(X-II)）之间的自旋协同值之间的线性关连。

（d）ΔM(X-II)与自旋激发能（SEE）之间的关连。

五、【总结展看】

基于开始进的第一道理合计，钻研职员正在2D-MOF Mn₂C₁₈H₁₂挨算上竖坐了O₂激发/CO氧化的别致的“协同电荷-自旋催化”机制，其中Mn单体正在MSAC的六边形晶格内仄均扩散。与传统的电荷转移机制不开，那类配合的“协同电荷-自旋催化”历程是经由历程电荷转移的协同历程去增长的。尾要的是，进一步收现那种别致的协同机制普遍开用于X₂C₁₈H₁₂系统（X=Mn、Fe、Co战Ni）上的O₂吸附，正在化教活性战自旋激发能之间具备收略的线性比例关连。本钻研下场有看为下自旋物种正在磁性催化剂上的化教反映反映提供新的不雅见识。

文献链接：Synergetic Charge Transfer and Spin Selection in CO Oxidation at Neighboring Magnetic Single-Atom Catalyst Sites (Nano Lett.2022, 22, 3744-3750)

本文由小大兵哥供稿

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