单原子催化剂在环境催化中的应用

单原子催化剂是金属以单原子形式负载到载体表面的一种新型催化剂.由于独特的电子结构、几何构型及最大化的原子利用率,单原子催化剂在多种重要催化反应中展现了优异的活性和选择性,其应用和机理研究成为研究的热点和前沿.文章主要综述了近年来单原子催化剂的发展过程、制备方法及其在环境催化领域中的应用,并在文献的基础上做了一定的展望.     

碳基金属单原子材料电催化二氧化碳还原

利用可再生能源电催化二氧化碳(CO₂)还原成燃料或化学品是实现人工碳循环的理想手段。然而,催化剂的活性、选择性和稳定性限制了电催化CO₂还原反应的应用。碳基金属单原子材料(single-atom metal catalysts on the carbon-based materials,M-SACs@C)具有高活性、高选择性和高金属原子利用率,被认为是一种理想的电催化CO₂还原催化剂,因此吸引了研究者的广泛关注。M-SACs@C能将CO₂还原成一氧化碳、甲酸、甲烷、甲醇、乙烯、乙醇等。本文从CO₂还原产物种类的角度出发,对M-SACs@C在CO₂还原反应中的应用进行了概括。我们重点关注了碳基金属单原子的位点构型和活性来源。此外,本文也对MSACs@C上CO₂还原反应的机制进行了分析与展望。可控合成结构均一且负载量高的M-SACs@C、明确CO₂还原反应机制、增强活性位点的稳定性是M-SACs@C走向产业化的必经之...     

贵金属Au宏观物性的分子动力学模拟计算

用分子动力学方法对贵金属Au进行宏观物性的模拟计算,模拟采用Johnson提出的原子相互作用势及嵌入原子模型参数的计算方案,得到了贵金属Au的嵌入原子模型参数,用该模型计算了Au的体积模量、剪切模量、弹性常数及低指数晶面的表面能.结果表明,计算值与实验值符合的比较好.     

乙炔三聚环化制苯反应机理的理论研究

采用密度泛函方法研究两种单原子催化剂PdMg4O4和PdMg14O13催化乙炔三聚环化制苯的反应机理,在B3LYP/Lanl2dz水平下优化得到反应通道上各驻点(反应物、中间体、过渡态和产物)的几何构型,计算结果表明:该反应为单重态反应放热过程.在反应过程中,电子从单原子催化剂流向CnHn(n = 2,4,6),即单原...     

单原子催化剂光还原二氧化碳研究进展

光催化将CO₂转化为有价值的化学燃料得到广泛研究，但光子吸收效率差、光生电子-空穴对容易复合、活性位点缺乏等问题，限制了光催化剂的催化性能.单原子催化剂(SACs)由于在增强光催化系统的捕光、电荷转移动力学和表面反应方面具有明显的优势，且金属以单原子形式负载在载体上，因此对提高CO₂还原效率具有重要意义.综述了SACs的分类、主要表征手段及其光催化还原CO₂的反应机理，并讨论了SACs的发展前景.     

FAAS测定汽车尾气催化剂中的铑

采用火焰原子吸收(FAAS)法对汽车尾气净化催化剂中贵金属铑(Rh)的含量进行了分析.为避免共存元素N i的谱线干扰,选择Rh的次灵敏线369.2 nm作为分析线,采用标准加入法定量、有效地消除了基体元素对测试结果的影响.催化剂样品分析相对标准偏差(RSD)为1.8%~2.7%,加标回收率为102.9%~104.7%.     

单原子银催化剂引领甲醛去除新突破

以环境系唐幸福副教授为主的课题组在国家自然科学基金的大力资助下,研究生黄志伟和本科生胡萍萍同学成功研制出单原子银催化剂,该催化剂在低温下就能将甲醛分解成二氧化碳和水,研究证明该单原子催化剂具有较高的催化活性和稳定性.该研究成果最近在线发表于国际知名学术杂志Angew．Chem．Int．Ed．     

催化活性界面从传统催化剂的一维向三维发展

<正>贵金属催化剂应用广泛,如何提升贵金属利用率,同时维持高的催化剂活性、选择性和长的使用寿命一直是贵金属催化剂研制的核心问题.最近,我校化学化工学院郑南峰教授课题组在铂纳米复合催化剂的制备、表征及催化反应的过程机理方面的研究取得了重要进展,相关研究成果"     

金属有机框架衍生单原子纳米酶的合成、表征与生物应用研究进展

单原子催化剂（SACs）具有高原子利用效率以及高催化活性，在各种催化体系中均表现出优异的性能.其原子级别的活性位点与天然的金属蛋白酶类似，因此单原子纳米酶（SAzymes）的概念也应运而生.而金属有机框架（MOF）由于其具有高孔隙率的特点，可以作为合成SAzymes的前驱体.该文总结了使用MOF前体/模板构建SACs的合成策略，以及SAzymes的生物应用，提出了基于MOF衍生的SAzymes的发展挑战和前景.     

镧对混合型贵金属尾气净化催化剂性能的影响

催化净化是解决汽车尾气污染的一项关键技术，本文以CO氧化为探针反应，考察了镧对混合型贵金属催化剂反应活性、耐热性能的影响，并探讨了镧的作用机理。结果表明：镧是混合型贵金属尾气净化催化剂的一种性能良好的助剂。     

S原子如何吸附在贵金属铱Ir（100）表面

多原子分子组成的分子晶体当加热熔化时以及气化时,一般也不直接形成单原子分子（例如硫蒸汽中存在S2、S4、S8等）。固态离子化合物是离子晶体,以离子构成,离子之间以离子键结合;熔化后离子可以自由移动;气化后可能形成分子,S在科学研究的许多方面有着重要的意义.例如S是金属体中的痕量元素,它的存在对贵金属的性能具有重要作用....     

贵金属Ir的原子状态与物理性质

据纯金属单原子理论确定面心立方结构（fcc）贵金属Ir的原子状态为[Xe]（5dn）^4.50（5dc）^2.50（6sc）^1.63_（6sf）^0.37,并对金属Ir的密排六方结构（hcp）和体心立方结构（bcc）初态特征晶体及初态液体的原子状态进行研究;在此基础上,解释Ir的原子状态与晶体结构的关系,计算fcc-Ir的势能曲线,体弹性模量、线热膨胀系数、晶格常数和比热容等随温度变化的曲线.研究结果表明：计算值与实验值基本吻合,计算值可用于电催化剂的优化设计.     

贵金属电化学固氮催化剂的研究进展

氨是一种非常重要的化工原料,其在工业和农业方面都有比较广泛的应用,又由于其氢含量比较高,也有成为储氢材料的潜力。目前工业上合成氨方法不仅耗能巨大,同时还会产生副产物CO₂加剧温室效应。为了解决传统工业合成氨的缺点,近些年科学家将目光放在了电化学催化固氮合成氨上,其能够在温和环境下直接通过N2和H₂O反应合成氨,是一种清洁并且可再生利用的方法。N2性质比较稳定,具有非常大的键能,同时在溶液中具有比较强的氢合成的竞争反应,故电化学催化合成氨的氨生成速率以及法拉第效率比较低,要达到工业合成氨的标准还有很大的距离。为了提高催化剂的催化性能以及选择性能,科学家对电化学固氮催化剂开展了大量研究,其中,贵金属催化剂由于其具有比较高的氨合成速率和法拉第效率,同时在溶液有很强的稳定性,受到了比较高的关注。主要综述了电化学合成氨方面,贵金属催化剂的研究进展以及各个催化剂的性能和催化机理并就贵金属催化剂的缺点以及后续研究方向提出了几点展望。     

苯加氢反应镍催化剂表面活性集团性质的研究

用CS2 脉冲中毒法测定Ni/SiO2 催化剂表面上苯加氢反应的动力学性质 ,结合用H2吸附法测定的镍表面积数据 ,求出了苯加氢反应要求催化剂中Ni分散度随Ni含量减少而增加 ,分散度与Ni含量关系接近 4次方 .但分散度不影响催化反应的Ni原子组合数 ,K对Ni/SiO2 催化剂的影响也作了研究 ,K降低Ni/SiO2 对苯加氢反应的催化活性 ,但也不影响Ni原子组合数 .     

气态主族元素标准熵与原子体积关系的研究

本文研究了气态主族元素单原子和双原子的标准熵与原子体积的关系.导出了反映二者关系的线性方程,可用于熵的近似计算.     

基于高负载量铂单原子/缺陷Ni(OH)2纳米带/N掺杂石墨烯的电化学无酶葡萄糖传感器

通过水热法和浸渍法合成了铂单原子质量分数高达3.00%的铂单原子/缺陷Ni(OH)₂纳米带/氮掺杂石墨烯(PtSAs/D-Ni(OH)₂/NG)催化剂.通过像差校正高角度环形暗场扫描透射电镜(AC-HAADF-STEM)和X线吸收光谱(XAS)对Pt单原子进行了表征.采用循环伏安法和计时电流法研究了PtSAs/D-Ni(OH)₂/NG对葡萄糖的电化学性能.基于PtSAs/D-Ni(OH)₂/NG的电化学传感器表现出高灵敏度(439.47μA·mmol^-1·L·cm^-2)、优异的选择性、低检测限(2.00μmol·L^-1)和良好的稳定性.PtSAs/D-Ni(OH)₂/NG对葡萄糖的高催化活性可归因于Pt原子和Ni原子之间的协同催化作用.     

CO2加氢逆水煤气变换（RWGS）催化剂研究进展

化石能源的广泛使用，导致CO2肆意排放至大气环境，引发一系列严重的环境问题。CO2逆水煤气变换（RWGS）反应，是实现CO2资源化利用的有效途径。对RWGS反应催化剂研究情况进行了系统的总结和综述，详细地分析了Pd、Au、Pt、Cu、Fe和Mo基等催化剂的RWGS反应性能，对金属与载体间相互作用和掺杂元素的电子效应对催化RWGS反应性能的影响进行了系统的分析。Pd、Au和Pt等贵金属对CO2弱的结合能力和定向转化能力，需进一步提高贵金属催化剂对CO2分子的吸附和活化能力来提升其催化性能。非贵金属Cu、Fe和Mo基催化剂的低温活性较差，借助新的催化剂制备方法和策略，将进一步提升CO2分子的低温催化转化活性。研究结果证实，通过优化催化剂中活性组分与载体或助剂的相互作用，能实现对相应催化剂的RWGS反应性能进行调控。总结了非贵金属和贵金属催化剂上CO2 加氢机理，分析了非贵金属和贵金属催化剂RWGS反应性能间的差异，为开发制备新型的RWGS反应催化剂材料提供了可行思路和理论依据。     

微孔分子筛限域Pt基丙烷脱氢催化剂制备的研究进展

丙烯是化工生产中的重要中间体,利用廉价天然气中的丙烷无氧脱氢高选择性制丙烯是当前研究的热点。近年来,分子筛限域的Pt基丙烷脱氢催化剂因其高活性和高稳定性被广泛研究。如何利用高温稳定、高孔隙率、结构均一的分子筛限域高分散贵金属是设计和制备高效丙烷脱氢催化剂的关键。总结了非强酸性分子筛限域Pt金属颗粒的原位封装空间限域和特殊位点限域策略。其中,原位封装空间限域策略是在分子筛合成过程中加入金属前驱体及适宜的配体保护剂,使Pt金属离子均匀地分布在分子筛凝胶中,经高温焙烧后锚定在孔道中;特殊位点限域策略是通过强金属载体相互作用限域Pt金属颗粒。2种策略能有效抑制高温烧结,提高贵金属Pt原子的利用率和结构稳定性。     

单原子Co修饰TiO2(101)面的结构和析氢性能的第一性原理研究

通过基于密度泛函理论（DFT）+U的第一性原理方法研究了单原子Co在TiO₂（101）面的掺杂位置和方式、几何结构和整体能量以及掺杂后产物的制氢反应机制，得到了稳定且易出现的单原子修饰结构，即单原子Co吸附在4个O组成的表面空隙的中心位，记为Co/TiO₂（101）。进一步对Co/TiO₂（101）的析氢反应过程和性能进行研究，确定了当且仅当TiO₂（101）面完成表面羟基化反应后，H原子全覆盖的TiO₂（101）表面才能进行后续的析氢反应；此时单原子Co是唯一的反应位点，整体的制氢反应自由能ΔG_H*比Co（111）面更加趋近于0，显示出其具有远优于金属Co的催化性能。此外，Co和TiO₂间的电荷转移和相互作用使TiO₂带隙出现新的掺杂能级，可带来作为光催化基材的TiO₂光吸收性能的改善。     

自由边界单原子链的奇特驻波解

指出一维单原子链的格波解是由于采用了循环边界条件的结果.若采用自由边界条件,则一维单原子链将给出振动解,此解不是一种行波解,而是一种特殊的驻波解.