浙大周少东&复旦吴晓楠团队：[IrC4H2]+的两种异构体对甲烷和水不同的反应性

浙江大学周少东和复旦大学吴晓楠研究员基于自主搭建的四极杆–离子阱质谱研究了[IrC₄H₂]⁺离子与甲烷和水的反应。量子化学计算结果表明[IrC₄H₂]⁺的两种异构体对甲烷和水具有不同的反应性。

由于多相催化剂表面结构和成份复杂，其合理设计仍然是巨大的挑战，因此研究特定的团簇活性中心对于构建特定反应的催化剂具有重要的意义。气相反应作为在分子水平上研究反应机制的理想模型，可以在排除外界环境干扰、可重复的条件下进行，并且结合量子化学计算有助于深入的了解反应机理，实现高效催化剂“自下而上”的设计。

最近，浙江大学周少东研究员和复旦大学吴晓楠研究员合作报道了[IrC₄H₂]⁺离子与甲烷和水的反应。实验结果表明[IrC₄H₂]⁺可以将甲烷转化为氢气和乙炔，同时还可以和水反应生成CO。有趣的是，量子化学计算表明 [IrC₄H₂]⁺可能有两种异构体共存并且对于甲烷和水有不同的反应活性。其中一个异构体可以活化甲烷而不能活化水的O–H键，而另外一个异构体只能与水反应生成CO，而不能活化甲烷的C–H键。影响两种异构体对甲烷的反应性主要取决于d轨道取向，而π-芳香性则在[IrC₄H₂]⁺和水形成的反应络合物的进一步转化中起到调控作用（见下图）。本工作不仅展示了Ir原子在不同配位环境下调控反应活性的能力，同时也对如何构建高效的甲烷水蒸气重整活性中心具有指导意义。

论文作者为浙江大学苑博伟和复旦大学刘梓壮，通讯作者为周少东和吴晓楠研究员。详见：Bowei Yuan, Zizhuang Liu, Xiao-Nan Wu, Shaodong Zhou. On the Distinct Reactivity of Two Isomers of [IrC₄H₂]⁺ toward Methane and Water.Sci. China Chem., 2022, DOI:10.1007/s11426-022-1342-4.

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通讯作者简介

吴晓楠  复旦大学化学系青年研究员。2012年中国科学院化学研究所获得理学博士学位（导师何圣贵）。2012-2015获得德国洪堡基金会资助（洪堡学者），在柏林工业大学从事博士后研究（导师Helmut Schwarz）。2016年回到复旦大学，主要研究方向为离子阱，飞行时间质谱仪以及质谱结合红外光解离光谱联用仪器的开发，及其应用于惰性小分子活化转化机理的研究。承担国家自然科学基金三项，包括国家重大仪器专项（复旦大学部分）。获得中国分析测试协会科学技术奖 (CAIA奖) 二等奖，担任中国科学院青岛能源与过程研究所外聘专家。共发表论文60余篇，包括Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., JACS Au等。

周少东  浙江大学研究员，博士生导师。2013年浙江大学化工学院博士毕业，2017年入职浙江大学化工学院至今。主要研究领域涉及能源化工、精细化工及热力学研究。具体研究方向主要包括：甲烷高效转化、氮还原机理及高效反应过程设计；专用化学品合成工艺开发及工艺包设计；化工过程热力学分析。研究工作涉及物理化学、精细化工、能源化工等。目前，已在Acc. Chem. Res.，J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等行业权威期刊上发表论文100余篇，获授权国家发明专利40余项。获国家级教材奖二等奖1项，中国专利优秀奖1项，省级科技进步三等奖1项。