【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】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中心(1500組群)張濤院士、王曉東研究員、林堅(jiān)研究員團(tuán)隊(duì)與福州大學(xué)付賢智院士、林森教授團(tuán)隊(duì)合作，在單原子周邊微區(qū)環(huán)境調(diào)控研究方面取得新進(jìn)展，通過微區(qū)配位編輯，制備出具有超低載量高效單原子催化劑。
 

　　單原子催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)金屬原子的最大化利用，并展現(xiàn)出高本征活性(TOF)，但其實(shí)際應(yīng)用受限于低金屬負(fù)載和足夠的活性位點(diǎn)數(shù)之間的矛盾。目前，主要策略在于通過提高單原子負(fù)載量來增強(qiáng)整體催化活性。然而，高載量單原子催化劑在高溫反應(yīng)條件下易出現(xiàn)金屬原子團(tuán)聚，且載體表面的不均勻性往往導(dǎo)致所錨定的單原子活性位性質(zhì)不均一。
 

　　在本工作中，團(tuán)隊(duì)利用一種簡(jiǎn)便的合成方法制備出ppm級(jí)負(fù)載量的單原子催化劑，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的丙烷脫氫性能。團(tuán)隊(duì)通過將氯銥酸(H2IrCl6)簡(jiǎn)單浸漬在活性炭上，隨后進(jìn)行氨氣(NH3)熱解，即可獲得該催化劑。該催化劑在丙烷脫氫反應(yīng)中表現(xiàn)出約33%的丙烷轉(zhuǎn)化率和約92%的丙烯選擇性，丙烯時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到14976 molC3H6 molIr-1 h-1，且失活常數(shù)較低(0.00191 h-1)，性能優(yōu)于銥(Ir)納米顆粒和大多數(shù)報(bào)道的貴金屬催化劑。系列表征和理論計(jì)算表明，NH3熱解過程誘導(dǎo)氮(N)物種原位取代氯(Cl)，將Ir1-O2Cl2結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镮r1-O2N2構(gòu)型。該N/O共配位結(jié)構(gòu)促進(jìn)了單原子Ir上丙烷脫氫反應(yīng)，并具有優(yōu)異的穩(wěn)定性；而氫氣(H2)處理可導(dǎo)致Ir單原子聚集形成納米粒子。該方法為開發(fā)出原子經(jīng)濟(jì)型的高效單原子催化劑提供新思路，并在多個(gè)貴金屬體系中得到驗(yàn)證。
 

　　相關(guān)研究成果以“Atomic Coordination Editing Achieves Ultraproductive Single-Atom Catalysts with Ultralow Loadings”為題，于近日發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)志》(Journal of the American Chemical Society)上。該工作的共同第一作者是我所1503組博士研究生曹利茹與南京大學(xué)博士后衛(wèi)奮飛。相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計(jì)劃、大連市杰出青年科技人才支持計(jì)劃、中國科學(xué)院青促會(huì)等項(xiàng)目的資助。