作者：陶加 发布时间：2013-11-15

　　文章来源：中国化工报

　　中化新网讯　　本版11月4日报道了《大化所制出单原子铱催化剂》的消息。报道认为，该研究对于发展低成本、高活性的负载型催化剂具有重要指导意义，并有望藉此实现精细化工品生产的“绿色催化”。单原子催化作为多相催化领域的新概念，到底有何神秘之处？有何实际应用价值？带着这些问题，11月13日，记者专门采访了中国科学院大连化学物理研究所研究员张涛。

　　“相比于亚纳米、纳米铱催化剂，单原子铱催化效率可以‘一抵十’，成为催化过程中名符其实的主角。”对其团队与清华大学合作以氧化铁为载体成功制备出的单原子铱（Ir）催化剂，张涛研究员这样为记者介绍：“单一均匀的活性位，更有可能架起多相催化与均相催化之间的桥梁。”

　　多相催化作为现代化学工业生产赖以进行的关键技术，对社会进步与经济发展至关重要。多相催化技术的广泛应用，不仅从根本上改变了人类食不果腹（合成氨）、衣不蔽体（合成纤维）的命运，而且在能源转化、石油化工、医药合成、环境污染控制等诸多领域发挥着巨大作用。随着社会经济与化学工业的快速发展，催化剂的需求与日俱增，仅1991年到2008年这不到20年的时间里，全球多相催化剂的市场销售收入就从60亿美元上升到130亿美元，翻了一番还多。与此同时，对作为催化剂重要活性组分的金属尤其是贵金属的需求也在逐年增加。然而，贵金属不但价格昂贵，而且储量稀少，难以满足使用需求。因此，提高金属特别是贵金属原子利用率至关重要，成为催化剂制备科学的一个核心问题。

　　金属分散能够达到的极限是单原子分散。因而将负载金属催化剂中的活性组分金属进行单原子排布，实现金属原子利用效率的最大化，是一个重大挑战。我国在国际上首次提出了“单原子催化”的概念，并采用共沉淀法制备低负载量贵金属催化剂，率先实现了实用单原子催化剂的简单化学方法制备。研究人员采用超高分辨透射电子显微镜及理论计算对催化剂进行了结构表征和模拟，揭示了催化剂结构稳定和具有高活性的原因，这有助于缩小或者消除当前理论计算与实验之间的“鸿沟”，更有助于对催化反应与机理的理解，推动催化理论的发展。

　　传统多相催化剂往往包含从大到小粒径分布很宽的纳米粒子，具有不同的活性中心，在降低反应选择性的同时，也为辨认真正的活性中心带来了很大的困难，使人们难以将结构与活性进行很好的关联。而单原子催化剂尺寸、状态、分布相对均一，易于进行催化反应机理的研究。同时，由于研究对象本身为单个的原子，所有认识都是基于分子原子水平，因而可以真正做到从分子水平甚至原子水平上理解催化反应过程与机理。单原子催化剂兼具均相催化剂的“孤立位点”和多相催化剂的结构稳定、易分离的特点，非常有可能成为沟通多相催化与均相催化的桥梁和纽带，是均相催化多相化的重要发展方向之一。

　　单原子催化剂可以实现贵金属利用率的最大化，节约贵金属用量，降低催化剂成本，具有非常重要的实际应用价值。对依赖于贵金属催化剂的领域，如燃料电池、石油化工、精细化学品生产以及汽车尾气净化等实际应用过程也具有重要意义。另外，由于其具有单一分散的活性位，单原子催化剂有望实现精细化工品生产的“绿色催化”。目前的催化技术所使用催化剂活性位不一，导致产物分布不均匀，往往在实现目标产物时存在大量副产物，后期需要大量纯化净化过程，能耗较高而且有些副产品会带来环境污染。单原子催化技术有望突破这一工业难题，节省后期分离费用，使生产过程更加环保。在单原子催化新概念的指导下，科学家们有望开发出一系列低成本、高活性的负载型催化剂。

　　以下是该媒体报道地址：http://www.ccin.com.cn/ccin/news/2013/11/15/280996.shtml