單原子催化劑(SACs)具有原子利用率高、電子結構獨特、配位結構不飽和等特點，是當今多相催化研究的熱點之一。然而，SACs主要缺點之一是它們不能為一些需要金屬-金屬相互作用的復雜反應提供具有多個金屬原子的位點。

此外，由于單個原子和載體之間的配位和電荷轉移，SAC中的金屬中心通常以氧化狀態存在，這剝奪了特定催化反應的有效吸附和活化所需的金屬性。最近的研究表明，完全暴露的簇催化劑(FECCs)不僅可以像納米粒子一樣提供多個金屬原子的催化位點，還可以像單原子催化劑一樣保持完全的原子利用效率，使其成為連接金屬單原子催化劑和納米粒子的橋梁。由于這些獨特的特性，FECCs被廣泛研究，并在脫氫和氧化反應中表現出增強的催化性能。然而，它們在加氫反應中的應用鮮有報道，并且反應機理尚不清楚。

近日，中國科學院化學研究所曹昌燕、宋衛國和南方科技大學王陽剛等報道了一種錨定在硫摻雜碳載體上的充分暴露的Ir團簇(Ir_n/SC)，并通過實驗證明其是一種高效的N-雜環芳烴加氫催化劑，該催化劑表現出比對應的Ir SAC (Ir₁/SC)和Ir NPs催化劑更高的活性和穩定性。

具體而言，研究人員以喹啉選擇性加氫制備1,2,3,4-四氫喹啉(py-THQ)為模型反應，系統評估了上述Ir_n/SC催化劑的催化性能。在100 °C，2 MPa H₂條件下，喹啉完全轉化后，只有py-THQ生成，沒有過度加氫產物生成，表明該催化劑對py-THQ具有良好的選擇性；此外，Ir_n/SC在連續5個循環中表現出優異的穩定性，且反應后結構未發生明顯變化。

實驗結果和理論計算表明，在喹啉加氫反應中，最優的2Ir_n/SC的本征催化活性高于Ir₁/SC和Ir NPs，這可歸因于Ir原子在Ir_n/SC和Ir₁/SC中不同的幾何和電子結構導致了不同的加氫過程(Ir_n/SC上的經典Horiuti-Polanyi機理和Ir₁/SC上的Langmuir-Hinshelwood機理)，這使得Ir_n/SC對H₂和喹啉表現出更有效地活化，以及更容易發生H原子轉移和產物脫附。

綜上，該項工作深入探究了Ir_n/SC催化加氫反應的機理，有助于拓展完全暴露金屬團簇在加氫反應中的應用。

Fully Exposed Iridium Clusters Enable Efficient Hydrogenation of N-Heteroarenes. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c03148