物理化学学￣（Ｗｕｌｉ Ｈｕａｘｕｅ Ｘｕｅｂａｏ） Ｊｕｌｙ Ａｅｔａ ．一Ｃｈｉｍ．Ｓｉｎ．２０１７，３３（７），１２６７—１２６８ １２６７ ｗｗｗ．ｗｈｘｂ．ｐｋｕ．ｅｄｕ．ｃｎ ｄｏｉ：１ ０．３８６６／ＰＫＵ．ＷＨＸＢ２０ １ ７０４２４ １ 基于单原子催化剂研究金属一载体相互作用 申文杰 （中国科学院大连化学物理研究所，催化基础国家重点实验室，辽宁大连１１６０２３） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｅｔａｌ＿＿Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ａｔ Ａｔｏｍｉｃ Ｓｃａｌｅ ＳＨＥＮ Ｗｅｎｊｉｅ ０Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏ￣ｏｆＣａｔａｌｙｓｉｓ．Ｄａｌｉａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ Ｄａｌｉａｎ １１６０２３，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，尸Ｒ．Ｃｈｉｎａ） 金属一载体相互作用是负载型金属催化剂的 基本结构特征，也是影响催化性能的关键因素。 长期以来，对金属一载体相互作用机制的研究大都 集中在氧化还原性氧化物负载的贵金属纳米粒子 催化剂体系：但是由于金属粒子尺寸分布的不均 匀性和氧化物载体表面的各向异性，很难从原子 尺度上形成对催化活性位点和反应机理明确认 知，也难以定量描述和理解金属一载体相互作用的 胡振苋教授和中科院上海应用物理研究所司锐教 授合作，基于单原子催化剂，从电子最高占据态 角度定量研究了金属一载体相互作用 。他们将Ｒｈ 单原子负载在相变材料ＶＯ，纳米棒上，构筑出 Ｒｈｌ／ＶＯ２单原子催化剂。在氨硼烷产氢反应中，载 体ＶＯ 纳米棒的金属一绝缘体相变引起了催化反应 活化能的改变。通过实验和理论分析，发现载体 的金属．绝缘体相变诱导了Ｒｈ单原子中电子最高 化学本质 。基于单原子催化剂研究金属一载体相 互作用能够排除金属颗粒在金属一载体界面上尺 寸、形貌和取向的影响，因此，单原子催化剂被 视为理想的研究平台 。此外，氧化物相变材料被 占据态的能量变化，其能量变化值大致相当于催 化反应活化能的改变量。因此，他们认为Ｒｈ１／ＶＯ２ 的催化性能与Ｒｈ单原子的电子最高占据态直接 相关，Ｒｈ单原子的电子最高占据态取决于载体的 能带结构。基于此机理，他们还通过单原子 中电子最高占据态，进一步设计出高效非贵金属 认为是研究该相互作用理想的载体材料，因为其 可以在能带结构的同时，保持单原子或活性 位点的空间分布不改变。 中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家 实验室和化学与材料科学学院曾杰教授课题组长 期以来关注金属纳米催化研究，并取得了一系列 重要进展 。最近，曾杰教授课题组、南开大学 单原子催化剂。 该项研究从金属原子最高占据态角度为定量 研究金属一载体相互作用提供了简洁、清晰的图 像，也为进一步设计构筑高效、廉价的产氢催化 剂提供了理论基础。该工作最近发表在Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ １２６８ Ａｃｔａ Ｐ ．一Ｃｈ＃ｎ．Ｓｉｎ．２０１ ７ Ｖ＿ｏｌ－３３ Ｃｈｅｍｉｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｉｔｉｏｎ杂志上 。 Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ （１）Ｌｕｎｋｅｎｂｅｉｎ，Ｔ．；Ｓｃｈｕｍａｎｎ，Ｊ．；Ｂｅｈｒｅｎｓ，Ｍ．；Ｓｃｈｌｔｉｇｌ，Ｒ．；Ｗｉｌｌｉｎｇｅｒ，Ｍ． Ｇ．Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ ＩｎＬＥｄ．２０１５，５４，４５４４． ｄｏｉ：１０．１００２／ａｎｇｅ．２０１４１ １５８１ （２）Ｑｉａｏ，Ｂ．；Ｗａｎｇ，Ａ．；Ｙａｎｇ，Ｘ．；Ａｌｌａｒｄ，Ｌ．Ｆ；Ｊｉａｎｇ，Ｚ．；Ｃｕｉ，Ｙ；Ｌｉｕ，Ｊ．； Ｌｉ，Ｊ．；Ｚｈａｎｇ， Ｎａｔ．Ｃｈｅｍ．２０１１，３，６３４．ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎｃｈｅｍ．１０９５ （３）Ｗａｎｇ，Ｌ．；Ｚｈａｎｇ， ；Ｗａｎｇ，Ｓ．；Ｇａｏ，Ｚ．；Ｌｕｏ，Ｚ．；Ｗａｎｇ，Ｘ．；Ｚｅｎｇ，Ｒ．； Ｌｉ，Ａ．；Ｌｉ，Ｈ．；Ｗａｎｇ，Ｍ．；Ｚｈｅｎｇ，Ｘ．；Ｚｈｕ，Ｊ．；Ｚｈａｎｇ，Ｗ；Ｍａ，Ｃ．；Ｓｉ，Ｒ．： Ｚｅｎｇ，Ｊ．Ｎａｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．２０１６，７，１４０３６．ｄｏｉ：１０．１０３８／ｎｃｏｍｍｓ１４０３６ ｆ４） Ｗａｎｇ，Ｍ．；Ｗａｎｇ，Ｌ．；Ｌｉ，Ｈ．；Ｄｕ，Ｗ．；Ｋｈａｎ，Ｍ．Ｕ．；Ｚｈａｏ，Ｓ．；Ｍａ，Ｃ．； Ｌｉ，Ｚ．；Ｚｅｎｇ，Ｊ． Ａｍ．Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ ２０１５，１３７，１４０２７． ｄｏｉ：１０．１０２１￣ａｃｓ．５ｂ０８２８９ （５） Ｋｈａｎ，Ｍ．Ｕ．；Ｗａｎｇ，Ｌ．；Ｌｉｕ，Ｚ．；Ｇａｏ，Ｚ；Ｗａｎｇ，Ｓ．；Ｌｉ，Ｈ．；Ｚｈａｎｇ，Ｗ； Ｗａｎｇ，Ｍ．；Ｗａｎｇ，Ｚ．；Ｍａ，Ｃ．；Ｚｅｎｇ，Ｊ．Ａｎｇｅ￣Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０１６，５５ ９５４８．ｄｏｉ：ｌＯ．１００２／ａｎｉｅ．２０１６０２５１２ （６） Ｗａｎｇ，Ｌ．；Ｌｉ，Ｈ．；Ｚｈａｎｇ，ｗ；Ｚｈａｏ，Ｘ．；Ｑｉｕ，Ｊ．；Ｌｉ，Ａ．；Ｚｈｅｎｇ， Ｘ．；Ｈｕ，Ｚ．；Ｓｉ，Ｒ．；Ｚｅｎｇ，Ｊ，Ａｎｇｅ￣．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２０１７，５６， ４７】２．ｄｏｊ：】０．１００２／ａｎｉｅ．２０】７０１０８９
