开发可持续、抗中毒的单原子催化剂（SACs）是将其从实验室推向工业的必要条件。基于此，华东理工大学段学志特聘教授和周兴贵教授等人报道了一项关于Au SACs中毒的概念验证研究，以及Au NPs的解毒剂，微量添加被证明可以加强和维持丙烯环氧化。仅添加微量Au NPs解毒剂（SACs的0.3%）可使环氧丙烷（PO）生成速率从10.4提高到583.6 mol_PO mol_Au^-1 h^-1，PO选择性从25.1%提高到75.6%，H₂效率从1.4%提高到30.5%，分别提高56倍、3倍和22倍，其催化性能可保持150 h。

通过对Au单原子、Au₁₃簇和Au(111)表面进行DFT计算，作者研究了Au₁、Au_1&n和Au_n催化剂之间显著不同的环氧化活性机理。通过将投射态密度（PDOS）积分到费米能级，得到Au原子的电荷数为8.82 e，表明一个d电子几乎完全从Au原子转移到S-1。这些模型都是从O₂和H₂反应生成过氧化氢自由基和合氢原子开始的。随后，过氧化氢在Au(111)上解离成活性氧，与C₃H₆反应生成氧肟环作为环氧丙烷前体。而过氧化氢解离产生的活性氧可以直接与C₃H₆在Au₁₃簇上反应生成PO，而不形成氧金属环。Au单原子可进一步简化反应途径，直接催化过氧化氢自由基与C₃H₆反应生成PO。

Au单原子和Au₁₃簇可极大降低能量势垒，促进PO的生成。作者还研究了H₂、O₂和C₃H₆的吸附，并计算了吸附的几何形状。其中，H₂与Au单原子、Au₁₃簇和Au(111)表面的结合非常弱，而O₂和C₃H₆在Au(111)表面的Au₁₃簇和Au单原子上的吸附能明显高于它们在Au(111)表面的吸附能。因此，Au单原子更倾向于与C₃H₆发生强烈的相互作用。

Nanoparticles as an antidote for poisoned gold single-atom catalysts in sustainable propylene epoxidation. Nat Commun., 2024, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-47538-4