单原子催化剂

Question

如题所述

Answer 1

在催化领域，单原子催化剂（SACs）和小团簇催化剂（SCCs）犹如催化剂世界的精细宝石，它们的活性和性能受到尺寸、表面结构和载体材料的深刻影响。科学家们的智慧结晶，是通过对这些微小载体的精细调控，揭示了单原子催化剂的独特魅力。

首先，我们来解析SAC与SSHC的差异。单原子电催化剂的精髓在于活性位的非均匀分布，这使得反应路径、活性和稳定性得到了显著提升。以碳基载体如石墨烯为例，通过缺陷工程（如替换MoS₂中的Mo位点，增强HER活性，如Pt-MoS₂的1594研究），以及异质掺杂（如Ti₃C₂Tx上的Ru原子，通过Ru-N和Ru-S键增强HER活性，见1903841号研究），为单原子提供理想的锚定位点。

金属化合物载体的巧妙在于其配位位点对单金属负载和活性的显著影响。例如，MOn、MNx和MSx等结构中的单金属，通过强化学结合抑制团聚，确保了单原子的活性表现（参考11824研究）。

单原子催化剂的表征技术同样精密，XRD揭示晶粒大小，HAADF-STEM观察其空间分布，XAFS分析整体结构，FT-IR确认单原子存在，而ICP-OES则用于精确测定载量。半定量手段如EDS和XPS则在验证中扮演着关键角色。

制备工艺的艺术
物理方法

原子层沉积（ALD）、物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等，尽管稳定性稍逊，但载量控制精准。

化学方法

湿化学法，如电化学沉积（罗俊教授团队的CoP纳米管阵列）展示了高效制备策略。
裂解法，如高温热解，通过金属前驱体制备出单原子节点。
创新思路如碳化-酸洗刻蚀，以及利用富氮多孔材料的吸附和碳化过程，为单原子的稳定负载提供了新路径。

关键制备要素

高比表面积载体的选择，确保了反应的有效接触和催化性能。
杂原子掺杂的策略，通过增强金属载体间的相互作用，稳定单原子活性中心，是提升催化剂性能的关键。