一种“非常稳定”的单原子催化剂

时间:2020-02-25 18:00 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

一种“非常稳定”的单原子催化剂

东京理工学院(Tokyo Institute of Technology)的科学家们已经证明,C12A7晶体中的单个铂原子可以作为一种稳定而有效的催化剂,催化硝基芳烃的加氢反应。他们的方法可以成为开发其他单原子催化剂的广泛工业应用的通用路线。

单原子催化剂(SACs)正在成为理想的催化剂——基于金属原子的优化使用而表现出卓越的性能。自2011年张涛和他在中国和美国的同事首次提出SACs以来,世界各地的许多研究团队一直致力于推进SACs的可扩展开发。

如今,在一项概念验证研究中,东京理工大学(Tokyo Tech)的研究人员设计并测试了一种由C12A7中的单个铂原子组成的催化剂。C12A7是一种纳米孔晶体,广泛用于生产铝水泥。

研究人员在《自然通讯》杂志上发表的论文中称,C12A7晶体的内部结构“大小正好”适合捕获单个金属原子。

“我们的方法更像是一种‘一环中有钻石’的策略,C12A7的表面空腔可以被视为一枚戒指,而单个铂原子固定在戒指上就像一颗钻石,”第一作者、东京理工学院元素策略材料研究中心的田南叶(音译)说。

叶解释说,C12A7有一个带正电荷的框架结构,由12个亚纳米尺寸的笼子组成,每个笼子的内径约为0.4纳米,这是捕获单个金属原子的合适尺寸。每个金属笼都带有 1/3的正电荷,表面的空腔有一个开口,可以通过电子相互作用捕获单个金属原子。

该催化剂对硝基芳烃的选择性加氢反应具有很高的稳定性和活性,硝基芳烃选择性加氢反应是染料和聚合物工业中常用的重要工艺。与C12A7负载的铂基催化剂相比,C12A7负载的铂基催化剂具有更高的周转率(最高可达每小时25,772次)。值得注意的是,这种新型催化剂甚至可以在高达600摄氏度的温度下工作。

基于这些有希望的结果,研究人员调查了这种捕获效应是否也适用于其他金属。正如他们预测的那样,C12A7也能够捕获钌和铑的单个原子,这表明他们的策略将适用于各种过渡金属。

“我们的发现为开发不同催化过程的新型SACs打开了无数的大门,”叶说。由于其特别高的热稳定性,C12A7支架将能够承受其他工业重要过程(如氨合成和二氧化碳减排)的苛刻条件。

叶指出,SACs的发展离不开对新材料的探索。Hideo细野豪志教授的这是一个关键原因组东京理工大学独特的定位是一个先锋在囊的研究中,他说,建立在一系列的成就包括小说半导体的发展,一个铁基超导体,第一room-temperature-stable电子化合物。

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