發(fā)布時(shí)間：2018-05-07 15:04

  本文選題：單原子催化劑 + 制備方法��； 參考：《催化學(xué)報(bào)》2017年09期

【摘要】：單原子催化劑(SACs)是指金屬以單原子形式均勻分散在載體上形成的具有優(yōu)異催化性能的催化劑.與傳統(tǒng)載體型催化劑相比,SACs具有活性高、選擇性好及貴金屬利用率高等優(yōu)點(diǎn),在氧化反應(yīng)、加氫反應(yīng)、水煤氣變換、光催化制氫以及電化學(xué)催化等領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用,是目前催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一.常見的SACs制備方法有共沉淀法、浸漬法、置換反應(yīng)法、原子層沉積法以及反奧斯瓦爾德熟化法等.實(shí)驗(yàn)及理論研究表明,單原子催化劑高的活性和選擇性可歸因于活性金屬原子和載體之間的相互作用及由此引起的電子結(jié)構(gòu)改變.載體是影響單原子催化劑性能的重要因素之一.目前常用的SACs載體有金屬氧化物、二維材料和金屬納米團(tuán)簇等,本文著重綜述了這三種負(fù)載型SACs的制備、表征、催化性能及催化機(jī)理,并概述了SACs未來可能的發(fā)展方向和應(yīng)用.研究表明,共沉淀法、濕浸漬法和反奧斯瓦爾德熟化法等方法可用來制備氧化物負(fù)載的SACs.高角環(huán)形暗場(chǎng)像-掃描透射電子顯微鏡(HAADF-STEM)表明金屬是以單原子形式均勻分散在載體上,近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(XANES)結(jié)果表明金屬原子與載體之間存在著強(qiáng)相互作用.實(shí)驗(yàn)和理論研究均表明該類催化劑在CO氧化反應(yīng)、水煤氣轉(zhuǎn)化及乙炔加氫生成乙烯等反應(yīng)中具有高的催化活性和穩(wěn)定性.采用化學(xué)氣相沉積法和原子層沉積法等方法可以將金屬原子穩(wěn)定地負(fù)載在具有缺陷活性位點(diǎn)的石墨烯、MXene及六方氮化硼等二維材料上并相應(yīng)制備出SACs.X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜(EXAFS)和XANES分析表明樣品中金屬以單原子形式存在,而且金屬原子與載體之間也存在著強(qiáng)相互作用,理論計(jì)算表明金屬原子與二維載體之間的電荷轉(zhuǎn)移是SACs活性高的主要原因.置換反應(yīng)法和連續(xù)還原法是制備溶膠型SACs的有效方法,其中置換反應(yīng)法可將活性金屬原子原位組裝在金屬模板團(tuán)簇的頂點(diǎn)位置,連續(xù)還原法可將活性原子負(fù)載于金屬模板團(tuán)簇的表面.DFT計(jì)算表明活性原子和金屬模板團(tuán)簇之間存在電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng),這是溶膠型SACs具有非常高的催化活性的主要原因.SACs下一步的研究方向可能是:(1)研究開發(fā)新型SACs,盡可能提高催化劑中活性金屬原子的含量;(2)深入研究SACs的結(jié)構(gòu)、活性以及催化機(jī)理之間的關(guān)系;(3)嘗試將SACs大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)催化.
[Abstract]:Monatomic catalyst (SACs) is a kind of catalyst with excellent catalytic performance, which is formed by the uniform dispersion of metal on the support in the form of single atom. Compared with the traditional supported catalysts, SACs have many advantages, such as high activity, good selectivity and high utilization rate of precious metals. They are widely used in the fields of oxidation, hydrogenation, water gas shift, photocatalytic hydrogen production and electrochemical catalysis. It is one of the research hotspots in the field of catalysis. The common preparation methods of SACs are coprecipitation, impregnation, displacement reaction, atomic layer deposition and anti Oswald maturation. Experimental and theoretical studies show that the high activity and selectivity of monatomic catalysts can be attributed to the interaction between active metal atoms and the support and the resulting electronic structure changes. Support is one of the important factors affecting the performance of monatomic catalysts. Metal oxides, two-dimensional materials and metal nanoclusters are commonly used as SACs carriers. In this paper, the preparation, characterization, catalytic performance and catalytic mechanism of the three kinds of supported SACs are reviewed, and the possible development direction and application of SACs in the future are summarized. The results show that coprecipitation, wet impregnation and anti-Oswald aging can be used to prepare oxide supported SACs. The high angle ring dark field image-scanning transmission electron microscopy (SEM) shows that the metal is uniformly dispersed on the carrier in the form of a single atom, and the near edge X-ray absorption fine structure (XANES) shows that there is a strong interaction between the metal atom and the carrier. Both experimental and theoretical studies show that the catalysts have high catalytic activity and stability in CO oxidation, water gas conversion and acetylene hydrogenation to ethylene. By chemical vapor deposition and atomic layer deposition, metal atoms can be stably loaded on two dimensional materials, such as graphene and hexagonal boron nitride with defect active sites, and the fine SACs.X ray absorption can be prepared accordingly. The structure spectrum and XANES analysis showed that the metal in the sample existed in the form of a single atom. There is also a strong interaction between metal atoms and supports. Theoretical calculations show that the charge transfer between metal atoms and two-dimensional carriers is the main reason for the high SACs activity. Displacement reaction and continuous reduction are effective methods for the preparation of sol-like SACs, in which the active metal atoms can be assembled in situ at the top of the metal template cluster. The continuous reduction method can load the active atoms on the surface of the metal template cluster. DFT calculation shows that there is a charge transfer effect between the active atom and the metal template cluster. This is the main reason that sol type SACs has very high catalytic activity. The next research direction of SACs may be: 1) to develop new SACs, to increase the content of active metal atoms in the catalyst as much as possible and to further study the structure of SACs. The relationship between activity and catalytic mechanism is discussed. (3) A large scale application of SACs in industrial catalysis is attempted.
【作者單位】： 武漢科技大學(xué)耐火材料與冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;武漢科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院;武漢科技大學(xué)冶金工業(yè)過程系統(tǒng)科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：supported by the National Natural Science Foundation of China(51472184 and 51472185) the Science and Technology Support Program of Hubei Province(2013BHE003) the Program for Innovative Teams of Outstanding Young and Middle-Aged Researchers in the Higher Education Institutions of Hubei Province(T201602)~~
【分類號(hào)】：O643.36

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3 王W，

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