石墨磷配位的铁单原子催化剂的制备—催化剂制备8

单原子金属氮碳（M-N-C）催化剂引起了广泛的关注，然而原子分散的金属磷碳（M-P-C）催化剂设计和应用并未见报道。尽管研究者开发了分子金属膦配合物，但其存在价格昂贵、催化剂不能回收利用，有毒有害的金属和磷的污染等问题。而开发一种新的原子分散的金属磷碳（M-P-C）催化剂，可以很好的解决上述均相金属膦配合物存在的问题，同时也推动了多相催化与配位化学的跨学科结合。

本文制备了一种P掺杂碳材料配位的铁单原子催化剂，并且相比于N掺杂杂的单原子Fe催化剂，此催化剂对于氢化反应（例如N杂环的氢化，醛/酮的还原胺化以及硝基还原）展现出了更好的性能。此催化剂分别以蔗糖、植酸以及这些化合物中含有的Fe杂质为C源、P源和Fe源，以SiO₂为模板，在700-1100 °C的温度下进行碳化，经过氢氟酸酸洗后得到多孔碳催化剂。通过表征证明，Fe单原子周围有4个P原子和一个O₂分子配位，为O₂-Fe-P₄的结构。通过氢气还原后原位生成Fe-P₄位点，其对不饱和官能团的加氢具有高活性。在相同条件下Fe-N₄对于这些反应无活性，这表明P原子对Fe的催化性能具有重要影响。

催化剂中的P有PO_x和石墨P(P_grap)两种形式，其中P_grap在氢化反应中起到重要作用。用氢气处理Fe-P900-PCC后，PO_x含量减低，但是其催化活性与Fe-P900-PCC相似。另外，P_grap的含量为Fe-P900-PCC-H > Fe-P1100-PCC > Fe-P1000-PCC>Fe-P900-PCC > Fe-P800-PCC，这与喹喔啉氢化反应的转化率一致。XPS表明，较高的碳化温度将促使更多的P原子插入石墨的骨架中，从而形成较高百分比的P_grap结构。

参考文献：Long, X.; Li, Z.; Gao, G.; Sun, P.; Wang, J.; Zhang, B.; Zhong, J.; Jiang,Z.; Li, F., Graphitic phosphorus coordinated single Fe atoms for hydrogenativetransformations. Nature Communications 2020, 11 (1), 4074.

https://www.nature.com/articles/s41467-020-17903-0