電鏡數(shù)原子，1顆2顆3顆......18000顆
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所源研究技術(shù)平臺電鏡技術(shù)研究組研究員劉偉團(tuán)隊與大連交通大學(xué)劉淑慧博士、中國石油天然氣集團(tuán)有限公司石油化工研究院徐華工程師等合作，開發(fā)了一種基于電鏡HAADF圖像的原子識別統(tǒng)計（EMARS）新方法，利用該方法精準(zhǔn)統(tǒng)計了18000個鉑（Pt）原子分散態(tài)原子，量化解析了Pt單團(tuán)簇等不同物種在Pt/Al2O3工業(yè)重整催化中的活性貢獻(xiàn)，為理解石油化工中石腦油重整制芳烴的活性來源、催化劑優(yōu)化提供了新思路。
利用EMARS新方法統(tǒng)計了18000個鉑（Pt）原子分散態(tài)原子
氧化物負(fù)載金屬催化劑的原子密度、間距和配位環(huán)境決定著催化活性、選擇性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)宏觀測量的譜學(xué)手段只能對催化劑粉體樣品進(jìn)行整體分析，進(jìn)而給出平均化的原子分散度，難以區(qū)分微觀上不同金屬物種的單獨(dú)活性貢獻(xiàn)。近年來，透射電鏡發(fā)展迅速，HAADF技術(shù)可以實現(xiàn)原子直接成像。但由于催化性能是微觀活性中心推動反應(yīng)分子轉(zhuǎn)變的整體宏觀度量，僅依靠幾張HAADF圖像做表象分析和手工測量統(tǒng)計，無法足夠客觀地、準(zhǔn)確地體現(xiàn)催化劑的微觀原子分散差異，也就不能找到宏觀的催化活性對應(yīng)的原子結(jié)構(gòu)起因。
本工作中，合作團(tuán)隊開發(fā)出EMARS新方法，通過獲取圖像中的金屬原子坐標(biāo)，以高通量、自動化地逐一原子計數(shù)方式精確計算分散性。合作團(tuán)隊首次對Pt/Al2O3重整催化劑實現(xiàn)了18000個Pt原子統(tǒng)計，獲得了在23皮米到60埃范圍內(nèi)的Pt—Pt原子距離分布，以及全部Pt團(tuán)簇所含原子數(shù)。該工作在真實空間中以原子精度重新定義了負(fù)載型催化劑的金屬分散性。量化證據(jù)表明，石腦油重整的芳烴轉(zhuǎn)化活性來自載體上的Pt單原子，原子密度與活性定量相關(guān)；Pt團(tuán)簇不直接貢獻(xiàn)活性，但可在氧化氣氛下動態(tài)分散為Pt單原子來補(bǔ)充活性位點(diǎn)。相比而言，傳統(tǒng)氫氧滴定（HOT）方法容易高估金屬分散性，導(dǎo)致嚴(yán)重偏離實際催化活性。
相關(guān)工作以“Identify the Activity Origin of Pt1/Al2O3 via Atom-by-Atom Counting”為題，于近日發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.）上。相關(guān)研究得到大連化物所創(chuàng)新基金、中科院青年創(chuàng)新團(tuán)隊（單原子催化動態(tài)調(diào)控）、大連化物所—中石油聯(lián)合基金、中科院青促會等項目的資助。
