主要观点总结
本文研究了基于六方氮化硼（hBN）负载铱（Ir）的催化剂在N 2 O干法重整丙烷（N 2 O-DRP）反应中的性能表现。通过引入反向电荷转移（RCT）机制，实现了氧化还原中心的分离，催化剂表现出优异的催化性能和选择性。研究还揭示了催化剂的反应机理，为N 2 O资源化利用和多相催化研究提供了新的思路。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景
随着全球变暖的加剧，温室气体（如N 2 O）的资源化利用成为研究热点。N 2 O作为一种全球变暖潜力极高的气体，其分解和转化具有潜在的应用价值。
关键观点2: 研究目的
本研究旨在解决N 2 O资源化利用中的难题，通过设计基于hBN负载Ir的催化剂，引入RCT机制，打破活性和选择性之间的“跷跷板”效应。
关键观点3: 研究方法
本研究通过合成Ir/hBN催化剂，对其进行表征和性能测试。结合NAP-XPS、DRIFTS和DFT计算等手段，揭示了催化剂的反应机理。
关键观点4: 研究成果
研究表明，Ir/hBN催化剂通过RCT机制实现了氧化还原中心的分离，在N 2 O-DRP反应中表现出优异的催化性能和选择性。研究还揭示了催化剂的反应机理，为N 2 O资源化利用和多相催化研究提供了新的思路。
关键观点5: 研究展望
未来研究可进一步优化催化剂的结构和反应条件，提升其在工业应用中的稳定性和效率。RCT机制、氧化还原中心分离、双活性位点的设计理念可扩展至其他温室气体转化和化工过程。
正文
https://doi.org/10.1021/acscatal.4c03697
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该论文被选为期刊副封面
打破活性和选择性的“跷跷板”效应始终是多相催化研究领域中的一大难题。本文利用反向电荷转移（RCT）有效分离氧化还原中心，从而得到不同电子密度的双活性中心，分别参与氧化和还原半反应，并通过中间物种的迁移，在N
2
O-丙烷干法重整（DRP）制合成气（CO+H
2
）反应中同时实现高活性和高选择性。
随着全球变暖的加剧，温室气体（如CO
2
、CH
4
、N
2
O）的大量排放，已经成为人类面临的重大环境挑战之一。尽管CO
2
和CH
4
的化学转化已得到广泛研究，但氧化亚氮（N
2
O）作为一种全球变暖潜力极高的气体，资源化利用研究相对较少。实际上，N
2
O不仅是强效温室气体(
全球增温潜势GWP是CO
2
的30
0余倍)
，还会破坏臭氧层。浙江大学吴忠标教授团队在最新的综述《Progress and challenges in nitrous oxide
decomposition and valorization》（Chem. Soc. Rev., 2024, 53, 8379-8423）中详细讨论了N
2
O的分解与资源化利用的进展与挑战。
N
2
O作为温和的氧化剂，在轻烃（如甲烷、丙烷等）选择性氧化反应中展现了潜在的应用前景，如甲烷氧化偶联（OCM）、丙烷氧化脱氢（ODHP）、丙烷干法重整（DRP）。然而，N
2
O资源化的实际应用面临诸多挑战。传统的N
2
O活化通常需要高温环境（400-600 °C），虽然这种方式提高了N
2
O的转化效率，但也容易导致目标产物的过度氧化，最终产出
CO
2
，降低了反应的选择性。因此，如何在确保高N
2
O转化率的同时，控制产物选择性，成为N
2
O资源化利用的关键问题。
为了解决这一问题，本研究团队设计了一种基于六方氮化硼（hBN）负载铱（Ir）的催化剂。由于氮化硼中的硼（B）电负性（2.04）小于铱（Ir）（2.20），催化剂中引入了反向电荷转移（RCT）机制，使电子从载体流向金属位点，从而在Ir物种上构建了双活性位点。在N
2
O-DRP反应、450°C条件下，该催化剂表现出99.5%的N
2
O转化率，以及95.9 mol kg
cat
−1
h
−1
的CO产率和41.9 mol kg
cat
−1
h
−1
的H
2
产率。此外，通过近常压X射线光电子能谱（NAP-XPS）、原位红外（DRIFTS）和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了双活性位点在N
2
O与C
3
H
8
协同转化的反应中间产物与反应机理，进一步证实了RCT在打破反应活性与选择性“跷跷板”效应的关键作用。
本研究为“非二”温室气体N
2
O的资源化转化提供了一种全新的途径，通过引入反向电荷转移机制和双活性位点的设计，不仅实现了N
2
O的高效再利用，还在丙烷选择性氧化（干法重整）中获得了高产率的合成气。这一成果为未来温室气体的转化及其在可持续化工生产中的应用提供了新的思路。此外，基于反向电荷转移机制诱导的双活性位点催化剂开发设计，有望成为多相催化研究的普适策略。
①.Ir/hBN催化剂的合成、表征与反向电荷转移（RCT）验证
②.Ir/hBN催化剂优异的N
2
O-DRP（丙烷干法重整）性能表达
③.基于RCT的氧化还原中心分离与双活性位点对N
2
O-DRP的反应机理解析
作者通过在不同氢气还原温度下制备了具有不同Ir物种的Ir/hBN催化剂，从而分别得到了Ir团簇和Ir纳米颗粒。密度泛函理论（DFT）计算显示，Ir团簇在hBN载体上可以实现反向电荷转移（RCT），而Ir纳米颗粒则主要表现出金属Ir的典型催化特性。值得注意的是，当Ir团簇负载在其他金属氧化物载体（如
CeO
2
）上时，不会发生RCT。此外，作者通过X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱和拉曼mapping等表征手段，验证了催化剂各物种的电子结构信息，表现为Ir得到电子而hBN载体失去电子，进一步证实了RCT的发生。
图
1.
(a–c) 催化剂制备示意图及电镜结果．(d–e) Ir/hBN与Ir/CeO
2
的电荷密度差分结果. (f) XPS谱图. (i) Raman 谱图. (j) Raman mapping结果.
在N
2
O与丙烷的协同氧化反应中，合成气的生成具有重要的工业应用价值。合成气是一种由一氧化碳（CO）和氢气（H
2
）组成的气体混合物，广泛应用于化工生产，如费托合成制取液体燃料和氢气生产等领域。研究团队通过实验发现，Ir/hBN催化剂在N
2
O-DRP反应中表现出优越的催化性能。在450 °C条件下，该催化剂实现了99.5%的N
2
O转化率，95.9 mol kg
cat
−1
h
−1
的CO产率和41.9 mol kg
cat
−1
h
−1
的H
2
产率，同时表现出高活性和高选择性。
