近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化與新材料研究室研究員王愛琴、院士張濤團隊與清華大學(xué)李雋教授合作，發(fā)展了一種乙二胺絡(luò)合-惰性氣氛快速熱處理的單原子催化劑制備新方法，在不改變單原子分散的前提下，可以精細調(diào)控單原子中心的配位環(huán)境，從而建立了單原子配位環(huán)境、電子結(jié)構(gòu)和催化性能之間的關(guān)系。
2011年，張濤研究團隊與李雋和美國亞利桑那州立大學(xué)劉景月教授合作，在國際上首次報道了Pt1/FeOx單原子催化劑，并在此基礎(chǔ)上提出了“單原子催化”的概念（Nat. Chem.）。在短短8年的時間里，單原子催化迅速成為催化領(lǐng)域的研究前沿（Nat. Rev. Chem.，2018；Natl. Sci. Rev., 2018；Chem. Rev.，2019）。作為一類特殊的負載型金屬催化劑，單原子催化劑中活性金屬原子通過與周圍載體上的原子形成化學(xué)鍵從而達到單原子分散。但不同于金屬有機配合物，單原子催化劑中的這種剛性連接結(jié)構(gòu)使得調(diào)變單原子中心的配位環(huán)境非常困難。
大連化物所實現(xiàn)單原子催化劑配位環(huán)境調(diào)控
在前期研究工作的基礎(chǔ)上（Nat.Commun.，2014；Chem. Sci.，2017；J. Am. Chem. Soc.，2017），王愛琴和張濤團隊通過創(chuàng)新催化劑制備方法，發(fā)展了一種乙二胺絡(luò)合-惰性氣氛快速熱處理制備單原子催化劑的方法，不僅獲得了較高負載量單原子Pt1/Fe2O3-T（T：500 C-600 C）催化劑，而且通過調(diào)節(jié)快速熱處理溫度可以在不改變Pt單原子分散的前提下，精細調(diào)控單原子Pt中心的配位環(huán)境：熱解溫度越高，單原子Pt中心的Pt-O配位數(shù)越低?？蒲腥藛T進一步將單原子Pt中心的第一殼層Pt-O的配位數(shù)作為預(yù)測Pt活性中心的電子狀態(tài)以及催化加氫活性的描述符：Pt-O的配位數(shù)越低，Pt的平均氧化態(tài)越低，催化劑的加氫活性則越高。這種活性金屬中心配位環(huán)境的可調(diào)性使單原子催化劑成為連接均相催化和多相催化之間的橋梁，為設(shè)計兼具高活性與高選擇性的加氫催化劑開辟了新途徑。
上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委項目、科技部項目、中科院能源化學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B）的資助，并于近日發(fā)表在《自然-通訊》（Nat. Commun.）上。同時，這也是獻禮大連化物所七十周年所慶文章之一。
