【催化】天大胡文平/姚桥峰、新国大谢建平、范德堡大学江德恩团队Angew：原子级精确银纳米团簇界面工程实现炔烃的高效电催化半氢化- 大数跨境

【催化】天大胡文平/姚桥峰、新国大谢建平、范德堡大学江德恩团队Angew：原子级精确银纳米团簇界面工程实现炔烃的高效电催化半氢化

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2025-03-15

导读：天津大学胡文平教授/姚桥峰教授、新加坡国立大学谢建平教授、范德堡大学江德恩教授携手开发了一种原子精准的界面工程策略，以调节底物分子（即活性水和炔烃分子）在电催化剂活性金属位点周围的局部浓度和吸附模式，

烯烃是现代工业中最重要的基础化学品之一。通过炔烃电催化半氢化反应选择性制备烯烃，在基础研究与工业应用层面均具有重要意义。然而，由于对催化反应机制缺乏分子层面的深入理解，目前仍难以在炔烃半加氢反应中同时实现高转化率、高选择性与高法拉第效率。近日，天津大学胡文平教授/姚桥峰教授、新加坡国立大学谢建平教授、范德堡大学江德恩教授携手开发了一种原子精准的界面工程策略，以调节底物分子（即活性水和炔烃分子）在电催化剂活性金属位点周围的局部浓度和吸附模式，从而实现炔烃的高选择性、高转化率半加氢。通过使用原子精确的Ag₂₅(MHA)₁₈（MHA = 6-巯基己酸）作为模型电催化剂，结合紫外可见吸收光谱（UV-vis）、X射线光电子能谱技术（XPS）、原位拉曼、原位红外及密度泛函理论计算（DFT）等技术，揭示了金属纳米团簇与炔烃分子之间的相互作用机制及结合位点，同时实现了炔烃半氢化反应中的高转化率（>98%）、高选择性（>99%）和高法拉第效率（>85%）。这项工作不仅为高法拉第效率和高选择性炔烃半氢化提供了一种高效、通用的方法，而且为理解金属纳米团簇电催化剂对半氢化和许多其他电催化反应的活性和选择性提供了分子水平的理论和实验支撑。该成果近期发表于Angewandte Chemie International Edition 上，第一作者为天津大学博士生张志普、范德堡大学殷蓉蓉博士、天津大学宋子扬博士。

图1. Ag₂₅(MHA)₁₈电催化剂的结构表征

Ag₂₅(MHA)₁₈结构表征：通过紫外可见吸收光谱、电喷雾电离质谱、XRD及XPS等手段，证明了Ag₂₅(MHA)₁₈的原子精确结构，使得在分子级层面上研究炔烃半加氢机制成为可能。

图2. Ag₂₅(MHA)₁₈电催化剂的电催化炔烃半加氢性能

Ag₂₅(MHA)₁₈性能测试：Ag₂₅(MHA)₁₈具有高的炔烃半加氢反应活性和稳定性，同时具有抑制半氢化反应中烷烃副产物形成的能力。

图3. Ag₂₅(MHA)₁₈电催化剂的水活化机理

Ag₂₅(MHA)₁₈活化界面水：Ag₂₅(MHA)₁₈的核心电荷与保护剂末端羧酸基团协同作用带来的高负电荷密度有利于K⁺•H₂O的富集，从而促进界面水的活化。

图4. Ag₂₅(MHA)₁₈电催化剂催化炔烃半加氢反应机理

Ag₂₅(MHA)₁₈炔烃半加氢反应机理：基于MHA配体的两亲性结构，活性水和炔烃都在团簇表面附近局部富集。同时Ag₂₅(MHA)₁₈的类蛋白结构层级能够调节末端炔烃的吸附模式，使末端炔烃通过σ-键吸附模式与Ag配位。在还原成烯烃时，这种σ-键吸附模式有效地促进烯烃释放，防止它们过氢化为烷烃。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Efficient Electrocatalytic Semi-Hydrogenation of Alkynes by Interfacial Engineering of Atomically Precise Silver Nanoclusters

Zhipu Zhang, Rongrong Yin, Ziyang Song, Manxi Zhang, Bihan Zhang, Shanshan Lu, Qiaofeng Yao, De-en Jiang, Jianping Xie, Wenping Hu

Angew. Chem. Int. Ed. 2025, DOI: 10.1002/anie.202500389

通讯作者介绍

姚桥峰，天津大学理学院化学系、天津市分子光电科学重点实验室、有机集成电路教育部重点实验室英才教授、博导，入选国家级青年人才项目（2022年）、福建省级高层次人才，获2021年度国家优秀自费留学生奖学金（b类），担任Chin. J. Chem. 青年编委。先后于中国科学技术大学、新加坡国立大学获得学士（导师：俞书宏院士）、博士（导师：Lee Jim Yang 院士、谢建平教授）学位。长期从事金属纳米团簇的精准合成、功能化、自组装和实际应用研究，着重致力于在分子和原子层级上解析上述过程的机理。在Nat. Rev. Mater., Nat. Chem., Nat. Commun., JACS，Angew. Chem.，Adv. Mater.等期刊上共发表论文100余篇，论文总被引>10000次，H因子63。

https://www.x-mol.com/groups/yaoqf

胡文平，天津大学教授，天津大学常务副校长，中国科学院“百人计划”入选者，国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”创新领军人才。主要从事有机高分子光电功能材料的研究，在新型有机高分子光电功能材料的设计合成、凝聚态结构与性能的关系，光电器件的应用等方面开展了系统研究。发表SCI论文700余篇（IF>10.0的320余篇），包括Nature，Science及其子刊（16篇），Adv. Mater. (106篇)，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed. (75篇)，论文总被引>69000次，H因子130。

https://www.x-mol.com/university/faculty/26829

江德恩，范德堡大学化学与生物分子工程系教授，并兼任化学系教职。本科及硕士均毕业于北京大学化学专业，随后获加州大学洛杉矶分校化学博士学位。在2022年加盟范德堡大学之前，曾先后任职于橡树岭国家实验室和加州大学河滨分校。其研究聚焦面向能源与环境领域的计算材料学与化学研究。他曾获得美国能源部早期职业奖（DOE Early Career Award）和总统科学家与工程师早期职业奖。2021年当选美国科学促进会会士，2023年入选科睿唯安「高被引科学家」名录。在Science, Nat. Rev. Mater., Nat. Mater., Nat. Chem., Nat. energy, Nat. Commun., JACS，Angew. Chem.，Adv. Mater.等期刊上共发表论文250余篇，论文总被引>36000次，H因子101。

https://www.x-mol.com/university/faculty/385250

谢建平，新加坡国立大学化学与生物分子工程系教务长讲席教授，全球高被引科学家（Clarivate，2018-2024年），《Aggregate》副主编。先后在清华大学获得本科和硕士学位，在NUS获新加坡国立大学与美国麻省理工学院（MIT）联合培养博士学位。2010年加入新加坡国立大学后建立了研究团队，科学研究聚焦在金属纳米团簇领域。研究内容围绕金属纳米团簇的（1）精准合成、（2）可控自组装、（3）荧光性能优化与机理研究，及其在（4）生物诊断与治疗领域的基础与应用研究。近十年来，谢建平教授团队在Nat. Rev. Matter., Nat. Chem., Chem, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Adv. Mater.等国际期刊上发表论文250余篇，被引35000余次，谷歌学术H因子 102

https://www.x-mol.com/university/faculty/50210

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