单原子催化剂.pptx

Single-Atom Catalysts 目录 / CONTENTS01背景介绍02单原子催化剂的合成03单原子催化剂的表征04单原子催化剂的应用05总结与展望 背景介绍负载型金属催化剂，金属以单原子的形式负载在载体上1.什么是单原子催化剂 ？ 背景介绍2.为什么研究单原子催化剂 ？传统负载型催化剂1.在催化反应过程中只有极少数金属活性组分起催化作用。2.大剂量负载贵金属成本太高，不利于规模化利用单原子催化剂每一个金属原子都能作为活性位点 背景介绍3.单原子催化剂近几年的发展2011年，大连化物所张涛院士课题组成功制备出了单原子Pt/FeOx催化剂，在这篇文章中，张涛院士等人首次提出了单原子催化的概念[1]。2012年，美国塔夫茨大学E. Charles H. Sykes课题组将单原子Pd分散在Cu(111)面上，利用STM等手段表征了该原子分散的催化剂，该催化剂对于加氢反应具有很好的选择性[2]。2014年，大连化物所包信和院士课题组制备的原子级分散的Fe/SiO2在甲烷无氧制乙烯及芳构化取得重要进展[3]。2016年，厦门大学郑南峰课题组用简单的光化学方法合成的Pd/TiO2单原子催化剂在C=C和C=O加氢反应中具有极佳的活性和稳定性[4]。[1] Nat. Chem. 2011, 3(8): 634-641[2] Science 2012, 335(6073):1209-1212[3] Science 2014, 344(6184): 616-619[4] Science, 2016, 352(6287):797-800 背景介绍3.单原子催化剂近几年的发展 背景介绍4.单原子催化剂的优点优点：高活性、100%的原子利用率、高稳定性Zhu C , Fu S , Shi Q , et al. Single-Atom Electrocatalysts[J]. Angewandte Chemie, 2017, 129(45). 背景介绍5.单原子催化剂的缺点 缺点：负载量低、表面能高 单原子催化剂的合成微观三大策略：1.空位缺陷锚定策略2. 空间限域策略3.配位设计策略宏观七大制备方法：1.浸渍法2.原子层沉积法3.逐步还原法4.固相熔融法5.反Ostwald 熟化法6.质量分离软着陆法7.共沉淀法 单原子催化剂的合成1.空位缺陷锚定策略 通过在载体表面构筑缺陷位点，利用载体的C缺陷、O缺陷、S缺陷、金属缺陷等作为“陷阱”捕获单核金属前驱体，再利用金属单原子与缺陷位点的电荷转移效应来稳定形成的单原子，从而实现单原子催化剂的合成。H.‐J. Qiu, Ito Y , Cong W , et al. Nanoporous Graphene with Single‐Atom Nickel Dopants: An Efficient and Stable Catalyst for Electrochemical Hydrogen Production[J]. Angewandte Chemie, 2015, 127. 单原子催化剂的合成Chen Y , Ji S , Wang Y , et al. Isolated Single Iron Atoms Anchored on N-Doped Porous Carbon as an Efficient Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2017.2. 空间限域策略 空间限域策略包含两个步骤：1. 利用分子筛、金属有机框架材料、共价有机框架材料等多孔材料的分子孔道作为“笼子”封装和锚定单核金属前驱体，实现其均匀的空间分布和原子级分散；2. 在后处理移除金属前驱体配体的过程中利用载体的骨架或者载体的衍生物稳定形成的单原子，防止其迁移团聚，从而实现单原子催化剂的合成。 单原子催化剂的合成3.配位设计策略 通过在载体表面设计配位点、配位基团作为“爪子”捕捉和锚定单核金属前驱体，再利用金属单原子与配位点的强相互作用稳定形成的单原子，防止其迁移团聚，从而实现单原子催化剂的合成。 Hou Y , Qiu M , Kim M G , et al. Atomically dispersed nickel–nitrogen–sulfur species anchored on porous carbon nanosheets for efficient water oxidation[J]. Nature Communications, 2019, 10(1). 单原子催化剂的合成制备方法：共沉淀法：是一种应用广