金属纳米颗粒尺度对负载型金属纳米资料的催化活性和选择性有着重要影响。从节操结构上看，跟着金属颗粒尺度的减小，边角、台阶等低配位原子份额逐步升高。从电子结构上看，金属颗粒的电子能级也因量子尺度效应产生明显改动，极大地影响外表金属原子和反响物之间的轨迹杂化和电荷转移。但是，上述节操与电子效应之间强耦合且随尺度演化的行为往往会约束催化功能的优化，在很多催化反响中，导致活性和选择性出现跷跷板联系。

　　针对上述难题，我国科学技术大学路军岭教授课题组和李微雪教授课题组，试验-理论长时间密切合作。在从前工作中，他们发现Pd颗粒的催化活性和选择性在苯甲醇氧化反响，随颗粒尺度改动出现出明晰的跷跷板联系：在Pd颗粒尺度较大（~ 10nm）或较小（ 2nm）时，Pd催化剂的苯甲醛选择性高，但比活性较差；当Pd颗粒为中心尺度~4nm时，其活性较高，但选择性较差。试验和理论一起提醒了Pd催化剂中节操效应和电子效应的强耦合，以及它们各自对催化反响随尺度改动的调变规则，并提出“氧化物选择性包裹”金属纳米颗粒战略，完成了高活性和高选择性的双赢（Science Advances,2019, 5, eaat6413）。

　　针对卤代硝基苯（HNBs）化学选择性加氢反响中活性-选择性跷跷板联系的难题，两课题组再次密切合作，提醒了Pt颗粒节操效应和电子效应对化学选择性和活性随尺度调变的规则，并经过理性规划与精准构筑单原子壳层的双金属催化剂这一新战略（图1），成功打破了Pt 颗粒中活性-选择性的跷跷板联系，在温文条件下完成了高活性和高化学选择性加氢。研究成果于2021年10月18日以“Bimetallic monolayer catalyst breaks the activity–selectivity trade-off on metal particle size for efficient chemoselective hydrogenations”为题，在线宣布在世界闻名期刊《Nature Catalysis》上。论文的一起榜首作者为我国科大博士研究生关桥桥和朱楚薇。

　　图1单原子壳层的催化剂的模型示意图。其间金色和蓝色小球别离代表金和铂原子。

　　在该工作中，路军岭教授课题组发现Pt/ SiO2催化的HNBs加氢反响中活性和选择性随Pt颗粒尺度（1.1 ~ 9.3 nm）的改动均呈出双火山型曲线）。以对氯硝基苯（p-CNB）加氢到对氯苯胺（p-CAN）为例：2.7 nm的Pt颗粒选择性最低（80%），脱氯副产物苯胺（AN）可达20%，但活性最高；1.1和9.3 nm的Pt 颗粒选择性虽高（均高于98%），但活性却十分低。这种活性与选择性的跷跷板联系严峻的约束了HANs的产率，与前面Pd催化的苯甲醇氧化反响随尺度改动的规则相相似（Science Advances,2019, 5, eaat6413）。

　　图2Pt/ SiO2催化卤代硝基苯加氢中的粒径效应。a-b为对氯硝基苯加氢；c-d为间氯硝基苯加氢；e-f为对溴硝基苯加氢。

　　图3）。在大尺度的Pt 颗粒中节操效应起最大的效果，加氢产生在高配位原子上，脱氯副反响在低配位原子上更易进行。而在较小的Pt团簇（以Pt55和Pt147为例）上，更为明显的电子效应逆转了上述活性和选择性的趋势。理论进一步指出，将单层的Pt(111)放置于Au(111)上的1ML-Pt/Au(111)模型，使用Au核对Pt层的晶格拉伸以及配体效应带来Pt 5d带中心的上移，提高加氢活性，一起渠道面的保持可以保持高选择性，然后可以打破活性-选择性之间的跷跷板联系。

　　2上精准制备出单个Pt壳层的催化剂（图4）。原子分辩球差纠正电镜（HAADF-STEM）观察到最外层的Pt原子晶格距离被拉伸。原位X-射线光电子能谱（XPS）试验也观测到AuPt之间电子相互效果明显地增强，这些都标明双金属中Pt的节操结构和电子结构都得到了调制。催化剂在HNBs加氢中也展现出优异的催化功能，表现出99%以上的HANs选择性以及较高的加氢活性，其HANs产率远优于AuPt合金以及单金属Pt催化剂，成功完成了高活性下对HNBs的高化学选择性加氢，打破了化学选择性加氢反响中活性与选择性呈跷跷板联系的难题。

　　图4催化剂的HAADF-STEM、XPS表征以及Pt基催化剂的对氯苯胺产率比照。