中國科大基於單原子催化劑研究獲進展

據新浪新聞報道：近日
，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室和化學與材料科學學院教授曾傑課題組、南開大學教授胡振芃和中科院上海應用物理研究所研究員司銳合作，基於單原子催化劑

，從電子最高占據態角度定量研究了金屬-載體相互作用。該成果以The Highest Occupied State of Rh Single Atoms Controls the Catalytic Properties towards Ammonia Borane Hydrolysis為題
，發表在《德國應用化學》雜誌上（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 4712-4718）。

負fu載zai型xing金jin屬shu納na米mi催cui化hua劑ji在zai產chan氫qing反fan應ying中zhong有you著zhe優you異yi的de催cui化hua性xing能neng，影ying響xiang其qi性xing能neng的de關guan鍵jian因yin素su甚shen至zhi是shi決jue定ding性xing因yin素su便bian是shi襯chen底di的de選xuan擇ze。因yin此ci
，深shen入ru研yan究jiu催cui化hua劑ji中zhong金jin屬shu-載(zai)體(ti)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)與(yu)其(qi)催(cui)化(hua)性(xing)能(neng)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。然(ran)而(er)，由(you)於(yu)缺(que)乏(fa)在(zai)原(yuan)子(zi)尺(chi)度(du)上(shang)對(dui)多(duo)相(xiang)催(cui)化(hua)產(chan)氫(qing)反(fan)應(ying)過(guo)程(cheng)的(de)詳(xiang)盡(jin)理(li)解(jie)以(yi)及(ji)對(dui)活(huo)性(xing)位(wei)點(dian)的(de)明(ming)確(que)標(biao)識(shi)，定(ding)量(liang)理(li)解(jie)金(jin)屬(shu)-載體相互作用的本質仍是一項巨大的挑戰。基於單原子催化劑研究金屬-載體相互作用能夠排除金屬顆粒在金屬-載體界麵上尺寸
、xingmaohequxiangdeyingxiang
，yinci，danyuanzicuihuajibeishiweilixiangdeyanjiupingtai。ciwai
，yanghuawuxiangbiancailiaobeirenweishiyanjiugaixianghuzuoyonglixiangdezaiticailiao

，yinweitakeyizaitiaokongnengdaijiegoudetongshi，baochidanyuanzihuohuoxingweidiandekongjianfenbubugaibian。

基於此，研究人員將Rh單原子負載在相變材料VO2納米棒上，構築出Rh1/VO2單原子催化劑。在氨硼烷產氫反應中，載體VO2納米棒的金屬-絕緣體相變引起了催化反應活化能的改變。通過實驗和理論分析，研究人員發現載體的金屬-絕緣體相變誘導了Rh單原子中電子最高占據態的能量變化，其能量變化值大致相當於催化反應活化能的改變量。因此，研究人員認為Rh1/VO2的催化性能與Rh單原子的電子最高占據態直接相關，Rh單(dan)原(yuan)子(zi)的(de)電(dian)子(zi)最(zui)高(gao)占(zhan)據(ju)態(tai)取(qu)決(jue)於(yu)載(zai)體(ti)的(de)能(neng)帶(dai)結(jie)構(gou)。基(ji)於(yu)此(ci)機(ji)理(li)，研(yan)究(jiu)人(ren)員(yuan)還(hai)通(tong)過(guo)調(tiao)控(kong)單(dan)原(yuan)子(zi)中(zhong)電(dian)子(zi)最(zui)高(gao)占(zhan)據(ju)態(tai)，進(jin)一(yi)步(bu)設(she)計(ji)出(chu)高(gao)效(xiao)非(fei)貴(gui)金(jin)屬(shu)單(dan)原(yuan)子(zi)催(cui)化(hua)劑(ji)。

該項研究從最高占據態角度為定量研究金屬-載體相互作用給出了簡潔、清晰的圖像，為進一步設計構築高效、廉價的產氫催化劑提供了理論基礎。

論文的共同第一作者是博士生王梁炳和碩士生李洪良。該項研究得到了科技部青年973計劃、國家自然科學基金等項目的資助。