單原子催化劑是當前催化領(lǐng)域研究前沿，由于其兼具均相和非均相催化劑的綜合優(yōu)勢：原子利用率接近100％（類似于均相催化劑），且穩(wěn)定性高、易于從反應體系中分離（非均相催化劑的特性），在諸多重要的化學反應中展現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能。然而目前仍缺乏通用的大批量合成系列單原子催化劑的方法。中國科學院理化技術(shù)研究所一研究小組對單原子催化劑的合成和催化性能進行了深入研究，相關(guān)研究成果發(fā)表在2019年10月8日的《Nature Communications》上。 

　　該研究小組發(fā)展了一種普適性的單原子催化劑合成方法，成功合成了多種過渡金屬單原子催化劑，并利用球差校正掃描透射電子顯微鏡和擴展X射線吸收精細結(jié)構(gòu)(EXAFS)譜證明了金屬原子在所合成的催化劑中呈單原子狀態(tài)分散，EXAFS擬合結(jié)果表明金屬原子在催化劑中形成MN4的結(jié)構(gòu)。該合成方法可以大規(guī)模（> 1 kg）生產(chǎn)高金屬負載量的單原子催化劑。其中Ni單原子催化劑在二氧化碳電催化還原中展現(xiàn)出優(yōu)越的催化性能。 

　　利用北京同步輻射裝置（BSRF）1W1B-XAFS實驗站獲得的九種單原子催化劑EXAFS R空間圖。九種單原子催化劑在對應的金屬鍵處均沒有出現(xiàn)明顯的峰，表明在催化劑中沒有形成M-M鍵，并且均在1-2？之間出現(xiàn)了一個峰，對應于M-N鍵，表明在所合成的九種催化劑中金屬原子均與氮配位形成了單原子催化劑。 

　　工作發(fā)表后，中科院化學所韓布興院士以“Large scale synthesis of transition metal single atom catalysts by a universal ligand mediated method”為題在《Chem. Res. Chinese Universities》進行了專門的亮點評論，認為“該工作為大規(guī)模合成過渡金屬單原子催化劑提供了一條簡單、通用的路線，合成的Ni單原子催化劑對CO₂電還原具有很好的活性。這項工作將增強單原子催化劑領(lǐng)域的研究興趣，預計合成的SACs將用于各種重要的化學轉(zhuǎn)化。”（Chem. Res. Chinese Universities 2019, 35 (6), 951） 

　　該研究結(jié)果為大規(guī)模制備高金屬負載的單原子催化劑，用于CO₂還原、氧還原等催化化學反應提供了材料基礎(chǔ)。在此研究工作中，同步輻射光源幫助該研究組確定了金屬原子在催化劑中呈單原子分散并確定了金屬在催化劑中的配位結(jié)構(gòu)。中國科學院理化技術(shù)研究所研究員、該研究組組長張鐵銳教授這樣描述他們的工作：“未來的單原子催化劑的活性中心結(jié)構(gòu)會有更復雜更精細的調(diào)控，在實際的催化反應中，原子周圍環(huán)境的精細變化的研究也將更具有挑戰(zhàn)，因此對單原子催化劑的精細結(jié)構(gòu)進行更深入的解析，同時更深入的理解催化反應機理將具有重要意義。更先進的同步輻射光源將有助于更精確的解析單原子催化劑的結(jié)構(gòu)，從而深入理解反應機理。”

　　發(fā)表文章： 

　　Hongzhou Yang, Lu Shang, Qinghua Zhang, Run Shi, Geoffrey I.N. Waterhouse, Lin Gu & Tierui Zhang*, A universal ligand mediated method for large scale synthesis of transition metal single atom catalysts. Nature Communications, 10, 4585 (2019).