共价有机框架材料(COF)是一类新兴的可裁剪、原子组成可控的催化剂载体。单原子催化剂(SACs)具有明确的活性中心结构和原子组成，为同时满足催化剂的高活性和高选择性提供可能，并为催化剂的实验和理论的高契合度研究提供桥梁。

近日，清华大学李隽教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，采用密度泛函理论(DFT)，系统研究了以典型三嗪-共价有机框架材料为载体的钯单原子催化剂(Pd₁/trzn-COF)的金属负载位点、稳定性和反应活性。

基于sp² C原子、N/O杂原子和芳香环与三嗪环的共轭π电子的亲核性，一系列不同的吸附位点被用于负载Pd原子，研究结果表明Pd原子以约−5.0 eV的结合能稳定地结合在该COF材料上；基于两个最稳定构型间的位置毗邻性、能量相近性及其温和的迁移能垒，可以预测该体系中存在动态共存的单原子催化位点。此外，CO氧化机理研究表明，Pd₁/trzn-COF的催化活性可通过特定−δ基团与+δ苯环中心的阴离子–π相互作用以及亚胺基团的吸电子特性进行调控。李教授等人设计了一种新型的单原子催化剂Pd₁/trzn-COF，并预测了其可能的CO氧化反应机理为三分子Eley-Rideal机理。

该工作揭示了Pd原子与trzn-COF之间的d–π相互作用模式对于单原子催化剂Pd₁/trzn-COF的稳定性和反应活性的影响，其研究结果有助于理解和设计基于COF的新型单原子催化剂。

文章信息

Yin-Juan Chen, Hong-Ying Zhuo, Yuan Pan, et al. Triazine COF-supported single-atom catalyst (Pd₁/trzn-COF) for CO oxidation. SCIENCE CHINA Materials, 2021, 10.1007/s40843-021-1662-8