Regulating Peripheral Nitrogen Dopants in Single‐Atom Catalysts to Enhance Propane Dehydrogenation

掺杂剂 脱氢 催化作用 丙烷 兴奋剂 材料科学 Atom(片上系统) 密度泛函理论 化学物理 光化学 化学 无机化学 纳米技术 计算化学 有机化学 光电子学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Fenfei Wei,Liru Cao,Bingqing Ge,Yang Chen,Xiaoli Pan,Yicong Chai,Rizheng Jing,Xixi Hu,Xiaodong Wang,Jian Lin,Sen Lin
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202416912
摘要

For single‐atom catalysts (SACs), the dopants situated near the metal site have demonstrated a significant impact on the catalytic properties. However, the effect of dopants situated further away from the metal centers and their working mechanisms remain to be elucidated. Herein, we conduct density functional theory‐driven studies on regulating the peripheral nitrogen dopants in graphene‐based SACs, with a particular focus on Ir1 SAC, for propane dehydrogenation (PDH). It is found that increasing the distance between the N dopant and the Ir1 site results in a different energy change for the reaction process compared to the dense doping model with only first and second‐shell N species. The proposed stochastic doping models demonstrate statistically that increasing the N dopant in farther shells not only enhances the activity of Ir1 but also maintains a high selectivity for propene, which is verified by experimental tests. The modulation of the d‐band center of Ir1 by stochastic N dopants effectively modifies the binding strength of reaction intermediates, thereby enabling the optimization of the potential energy surface of PDH. These results deepen the understanding of dopant states around metal sites and provide an important implication for the doping engineering in heterogeneous catalysis.

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