韦德体育 -中国科大提出单原子催化剂设计全新理论模型—新闻—科学网

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2025-05-11 12:25:17

中国科学技能年夜学传授路军岭、武晓君团队结合中国科学院年夜连化学物理研究所副研究员杨冰，立异性地将火线份子轨原理论引入单原子催化剂设计中，乐成研发出兼具高活性及高不变性的单原子加氢催化剂，实现了火线份子轨原理论于多相催化中的试验左证与冲破性运用。该项研究为高活性、高不变性单原子催化剂设计提供了一个全新的理论模子，有望为人工智能高通量筛选催化剂奠基新的理论基础，并年夜幅度加速高活性、高不变性催化剂的开发，缩短其工业化运用进程。4月2日，相干结果于线发表在《天然》。

单原子催化剂中载体及金属原子的火线轨道彼此作用的效果示用意。课题组供图

单原子催化剂依附其最年夜化的金属原子使用率、量子化的电子布局和怪异的物理化学性子，于多相催化、能源转化、情况管理和生物医学等范畴揭示出广漠运用远景。自中国科学家率先提出单原子催化观点以来，该范畴已经成为国际催化范畴研究的前沿。

从素质上说，单原子催化剂的活性及不变性别离是由金属-底物份子及金属-载体bevictor伟德官网彼此作用决议的。然而，现有研究很少于电子轨道层面上对于该两组彼此作用举行解析及设计催化剂，而是习气性地把催化剂的活性/不变性与试验上测患上的金属原子价态举行联系关系。今朝，人们仍旧缺少一个可以或许描写单原子催化剂活性及不变性的同一理论模子。

该事情中，路军岭团队于14种半导体载体外貌构建了34种钯单原子催化剂。他们经由过程调控载体种类与尺寸，实现了对于载体最低未占份子轨道（LUMO）能级位置的精准调控，并使用紫外可见接收谱及Mott-Schottky 测试实现了对于其LUMO能级位置的精准丈量。杨冰团队使用高分辩电镜确认了钯原子的原子分离状况。红外及光电子能谱表征则发明随氧化物尺寸的减小，钯原子的价态慢慢升高，与纳米氧化物的电子彼此作用慢慢加强。

于乙炔选择性加氢反映中，研究发明当氧化锌、氧化钴等载体尺寸降至纳米级时，钯单原子催化剂的活性显著晋升20倍以上，并揭示出更优秀的不变性。进一步研究发明，上述钯单原子催化剂的活性与其价态并没有直接瓜葛，而与试验上测患上的载体LUMO能级位置呈线性瓜葛。

武晓君团队经由过程理论计较展现了金属-载体和金属-份子间的火线轨道耦合内涵机制，并证明了火线份子轨原理论于单原子催化中彻底可行，为高活性、高不变性单原子催化剂设计提供了一个全新的理论模子。

审稿人高度评价该事情，认为“这是一个使人冲动的事情，经由过程试验及理论成立了金属-载体电子彼此作用以和份子吸附强度的内涵联系关系……是见过金属-载体电子彼此作用会商最为透辟的事情”，并认为“作者提出的不雅点很是吸惹人”。

相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-025-08747-z

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