宁夏大学化学化工学院，连发两篇JACS！

导读

近日，宁夏大学化学化工学院张鹏飞课题组在机器学习筛选高熵氧化物催化剂研究方面取得进展，宁夏大学化学化工学院吴鹏博士在氧气活化机制方面取得突破性进展，相关研究均发表在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》上。

1、宁夏大学化学化工学院张鹏飞课题组在机器学习筛选高熵氧化物催化剂研究方面取得进展

近日，宁夏大学化学化工学院张鹏飞课题组在机器学习筛选高熵氧化物催化剂研究方面取得进展。该工作以“Machine Learning Accelerated Discovery of Entropy-Stabilized Oxide Catalysts for Catalytic Oxidation”为题发表在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》。该论文第一作者为博士生段晓岚，张鹏飞教授为唯一通讯作者，宁夏大学为第一完成单位。

一元至三元金属氧化物的催化性能已通过实验得到了充分研究，而剩下的探索空间似乎仅限于高熵金属氧化物（HEOs，元素种类≥5）。然而，由于元素组成无数，通过试错法发现HEO催化剂变得不可能。本文基于ACr2Ox催化剂体系的晶相和催化性能研究，由于通过相应高精度机器学习模型（交叉验证分数>0.7）获得的元素重要性序列相似，推断出单一尖晶石相与CH4氧化良好催化活性之间存在强相关性。此外，通过搜索负数据并选择适当的训练数据，建立了高质量的回归模型，以搜索性能更佳的催化剂。最终，筛选出的打破常规的催化剂Ni0.04Co0.48Zn0.36V0.12Cr2Ox具有出色的抗硫和抗水性以及长期稳定性（>7000小时，T90=345°C），这项研究展示了将机器学习方法应用于发现针对目标过程的高熵金属氧化物的潜力。

张鹏飞教授团队聚焦高熵氧化物的催化机制研究，自2022年以来，以宁夏大学作为第一单位先后在Nature Commun., JACS, AIChE., Chem. Eng. Sci., IECR, AppliedCatal. B., J.Catal., Chem. Eng. J.,等化工领域期刊发表论文20多篇；获得中国化工学会科技进步二等奖、中国石油化工联合会科技进步二等奖、中国颗粒学会技术发明二等奖、江西省自然科学二等奖等多项荣誉。

文章链接：Machine Learning Accelerated Discovery of Entropy-Stabilized Oxide Catalysts for Catalytic Oxidation, Journal of the American Chemical Society, 2024. https://doi.org/10.1021/jacs.4c12838

2、宁夏大学化学化工学院吴鹏博士在氧气活化机制方面取得突破性进展

近日，宁夏大学化学化工学院吴鹏博士与厦门大学、梨花女子大学合作在化学领域顶级期刊Journal of the American Chemical Society上发表了题为“cis-Dihydroxylation by Synthetic Iron(III)–Peroxo Intermediates and Rieske Dioxygenases: Experimental and Theoretical Approaches Reveal the Key O–O Bond Activation Step”的研究论文。论文第一作者为吴鹏博士，通讯作者为厦门大学王斌举教授和梨花女子大学Wonwoo Nam教授，宁夏大学为第一完成单位。

本研究中，研究人员创新性地设计了一系列金属过氧配合物，通过密度泛函理论（DFT）计算深入剖析了金属过氧配合物中O-O活化以及双加氧机制。其中铁，钴和镍将其单占据HOMO轨道dxz的一个电子转移到过氧配体σ*(O-O)轨道（LUMO轨道），从而驱动氧-氧均裂反应的机理。此外，O-O键均裂的能垒和HOMO-LUMO轨道的能级差高度关联，从而很好解释了实验上发现的配体效应，即随着TMC尺寸增大（如TMC-14），供电子效应的增强推高了σ*(O-O)轨道能级，使得HOMO-LUMO轨道能隙增大，从而抬高了O-O均裂能垒进而降低了反应活性。为了验证以上理论预测结果，还合成了以上含有不同金属的过氧配合物。实验发现，除了铁，其他金属的过氧配合物都没有反应活性，从而很好支持了理论预测结果。

最后，通过DFT计算模拟了Rieske型萘双加氧酶(NDO)中铁(III)-过氧模型化合物的反应活性以及对底物的双加氧过程。计算表明Rieske酶铁(III)-过氧物种同样可以采用O-O均裂以完成后续底物的双加氧修饰。此外，替换不同的金属中心，发现只有铁才能有效活化O-O键，说明自然界对参与活化O-O键的金属中心有高度的选择性。

以上研究为深入认识Rieske酶中的活性物种以及催化过程提供全新的思路。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c09354

来源：宁夏大学化学化工学院