近日，大連化物所催化與新材料研究室喬波濤研究員和張濤院士團(tuán)隊在單原子金屬-載體強相互作用研究方面取得新進(jìn)展，首次發(fā)現(xiàn)Pt單原子能夠與TiO2載體間發(fā)生經(jīng)典金屬-載體強相互作用（Strong Metal-Support Interaction, SMSI），但其所需發(fā)生溫度較Pt NPs更高，且Pt單原子失去CO吸附能力的原因與Pt NPs不同，不是載體的物理覆蓋，而是配位飽和。
1978年，Tauster等發(fā)現(xiàn)可還原性載體負(fù)載的鉑族金屬在高溫還原后會失去對小分子（CO、H2）的吸附能力，并命名為SMSI效應(yīng)。SMSI對催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性有顯著的影響，從而引發(fā)了廣泛關(guān)注和深入研究。前期研究中，喬波濤和張濤團(tuán)隊與王軍虎研究員團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了金和鉑族金屬納米催化劑的多種SMSI效應(yīng)（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 56；Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 10606；Sci. Adv., 2017, 3, e1700231；Chem. Sci., 2018, 9, 6679）。單原子催化劑中，單原子作為活性中心，受金屬載體相互作用影響理應(yīng)比負(fù)載納米催化劑更大，然而單原子催化劑上能否發(fā)生經(jīng)典的SMSI效應(yīng)迄今未知。
本工作中，研究團(tuán)隊通過改良的光化學(xué)方法制備了Pt/TiO2催化劑（其中Pt單原子和NPs共存），在相同還原條件下，NPs在250 時即失去CO吸附能力，而單原子鉑物種直到還原溫度為600 時才失去CO吸附能力，經(jīng)氧化處理后，CO吸附能力可以恢復(fù)。LEIS檢測發(fā)生SMSI前后表面Pt原子，結(jié)果表明，高溫還原后，表面Pt單原子既沒有嵌入載體中，也沒有被包裹。理論計算表明，Pt單原子失去CO吸附能力的原因是配位飽和（18電子規(guī)則），而非物理覆蓋?；谶@一新發(fā)現(xiàn)，以3-硝基苯乙烯加氫為探針反應(yīng)，通過還原處理選擇性包裹Pt NPs，結(jié)果證明該反應(yīng)中單原子為主要活性中心，納米粒子的貢獻(xiàn)很少。
本研究首次發(fā)現(xiàn)單原子催化劑體系可以發(fā)生經(jīng)典SMSI效應(yīng)，并揭示其與納米粒子SMSI的不同，不僅有助于加深對SMSI效應(yīng)的了解和認(rèn)識，并且為研究催化活性中心和調(diào)控催化性能提供了新方法。
研究成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.），并被選為熱點文章（hot paper）。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金項目、國家重點研發(fā)計劃“納米科技”重點專項、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項B“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”、潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金項目和遼寧省興遼英才計劃項目等資助。此外，這也是獻(xiàn)禮我所七十周年所慶文章之一。（文/圖 韓冰、郭亞琳）
