单原子催化剂前景光明

简 讯

单原子催化剂前景光明

最近C&EN期刊上的一篇文章评估了单原子催化剂(SAC)制备和表征领域的快速发展，结论是这些催化剂的商业合成可能比预料的更快。已经有十余个反应确定可以由单个金属原子催化，提高催化选择性和反应速率，这对贵金属催化剂尤其重要，因为相比其它大多数元素来说，贵金属的价格要高得多。低配位金属原子往往表现为最具催化活性的中心，而每个原子的活性随颗粒变小而提高，用普通方法如等量浸渍法制备的催化剂上金属颗粒会发生聚集，导致活性和选择性下降。

科学家认为单原子催化剂的选择性提高比活性提高更重要。在美国塔夫茨(Tufts)大学的一项研究中，通过在高真空条件下加热钯，并在临近的铜片上捕获钯原子制备了Pd单原子催化剂，已通过扫描隧道显微镜确认。单原子钯形态的Pd-Cu催化剂用于乙炔加氢制乙烯、苯乙烯加氢制乙苯等反应，确实展示了高选择性和活性。而再加入一些钯时，由于形成了较大的金属聚集体，该Pd-Cu体系失去了选择性。

将金属捕获在一种载体上，牢固地绑定金属，防止聚集，似乎是制备单原子催化剂的关键。最近美国新墨西哥州大学的一个研究团队展示了在氧化条件下把铂催化剂加热到高温(这种条件通常会导致铂的进一步聚集)，生成的挥发性PtO2脱离了铂聚集体表面，并重新有效地沉积在二氧化铈表面上，使铂处于单原子状态。所得Pt-Ce催化剂对CO向CO2的转化活性非常高。

正如C&EN期刊那篇文章中指出的那样，这些进展吸引了越来越多的研究者。其中许多人参加了2016年夏天在中国科学院大连化学物理研究所(简称大连化物所)举办的首届单原子催化剂国际会议。大连化物所是单原子催化剂研究的领军机构之一。

通过其它技术设法提高贵金属催化剂分散度的工作还在继续开展。麻省理工学院的研究人员创造了核-壳式纳米催化剂来提高金属效率，通过用(NH4)2PtCl6处理氧化钨纳米颗粒，并用氧化硅纳米球包裹其外制备了催化剂。

单原子催化剂在制备、表征和模拟(如利用密度泛函理论(DFT)计算)方面的快速进步已使科学家们确信单原子催化剂可能开辟一个新的前沿领域。世界上最受尊敬的催化剂科学家之一John Meurig Thomas先生最近在《自然》期刊上的一篇文章中评论到“单原子催化剂未来前景光明”。

[程薇摘译自Focus on Catalysts，2016-11-01]