如何定义单原子催化剂?
纳米人 纳米人 2016-12-26

为方便学术讨论以及避免引起不必要的误解,现参考刘景月教授文章,特别对单原子催化剂有关的各个学术术语进行解释。因学识有限,诚惶诚恐,望大方之家不吝指正。

 

 

A, Single-atom catalyst, B, Atomically dispersed supported metal catalyst, C, Single site heterogeneous catalyst, D, site-isolated heterogeneous catalyst.

 注:以上图片来源于刘景月综述,不代表本平台观点

 

Single-atom catalyst

 

“Single atom catalyst”是指孤立的单个原子分散在载体上,每个单独的原子之间没有任何形式的相互作用。活性位点一般由单个金属原子及载体表面或者功能物种上邻近的其他原子组成。单个活性位点的催化活性可能相同,也可能不同,这主要取决于单个金属原子和相邻其他原子之间的相互作用。当Single-atom catalyst中每一个原子的催化行为都类似或者相同时,可以视作是Single site heterogeneous catalyst。

 

 


来源:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar300361m

 

Atomically dispersed supported metal catalyst

 

Atomically dispersed supported metal catalyst是指金属分散度为100%的负载型金属催化剂。根据刘景月综述和部分科学家认为,这种情况下,金属原子可以是单原子、离子、配合物,也可以是二维的竹排结构,或者很小的团簇,三聚体、二聚体、单体的形式。


 除此之外,还有一种主流观点认为Atomically dispersed supported metal catalyst中,Atomically dispersed 仅指单个原子。


“Single atom catalyst”、“Single site heterogeneous catalyst”以及“Site-isolated heterogeneous catalyst”往往可以被认为是Atomically dispersed supported metal catalyst的子集,但是它们的结构和催化性能的定义相比Atomically dispersed supported metal catalyst要更加具体和严格。


 总之,不管这个术语是否限定于单个原子,可以确定的是,他们都认为Atomically dispersed supported metal catalyst中金属分散度为100%。

 

 

 

来源:http://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-chembioeng-062011-080939

 

Single site heterogeneous catalyst

 

“Single site heterogeneous catalyst”中单位点(single site)可能会包括一个或多个原子。每个位点之间是隔离开来的,相互之间不存在光谱上或者其他的干扰。每个位点和反应物之间的相互作用能相同,而且结构特征明显,和均相的分子催化剂中的单个位点类似。

 

 

 

来源:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.200462473/abstract

 

Site-isolated heterogeneous catalyst

 

“Site-isolated heterogeneous catalyst”是指单独分离的金属有机配合物组成的非均相催化剂。其中,金属有机配合物具有明确的结构,可以通过配体被锚定于载体表面。孤立位点催化剂的独特性在于活性中心由配体保护,所有活性中心催化行为一致。只有一种活性中心的Site-isolated heterogeneous catalyst可以被视作Single site heterogeneous catalyst。文献中“Single site heterogeneous catalyst”和“Site-isolated heterogeneous catalyst”往往是互用的。

 

 

 

 

来源:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja031725g

 

总之,“single atom”侧重于强调贵金属活性中心是分散在载体表面的孤立原子。然而金属原子和载体间的电荷作用使贵金属活性中心带有电荷。严格意义上活性中心不能被称为原子。“single site”和“isolated site”催化剂的概念则规避了贵金属原子/离子的状态,强调催化位点的孤立性。然而,原子-载体界面在一些催化体系中是真正的活性位点。至于“atomically dispersed”催化剂,则主要强调金属分散度为100%,其概念最广泛。

 

 

 

由于这几种催化剂在结构和性能上较为相近,文献中常常混用。为方便交流,避免引起不必要的争端,我们暂且采用“单原子催化剂”这一较为简明扼要的翻译作为以上术语的中文综合表述,请大家在阅读相关文章时自动分辨。除特别说明外,本系列所称“单原子催化剂”均泛指“Single site heterogeneous catalyst”、“Single site heterogeneous catalyst”、“Site-isolated heterogeneous catalyst”、“Atomically dispersed supported metal catalyst”。

 

下一期,我们将着重介绍单原子催化剂的制备方法!

 

本文主要参考以上所列及以下文献,图片仅用于对相关科学作品的介绍、评论以及课堂教学或科学研究,不得作为商业用途。如有任何版权问题,请随时与我们联系!

1. Jingyue Liu. Catalysis by Supported Metal Single Atoms. ACS catalysis 2016.

2. Xiao-Feng Yang, Jingue Liu, Tao Zhang et al. Single-Atom Catalysts: A New Frontier in Heterogeneous Catalysis. Chem. Rev. 2013, 46, 1740-1748.

3. Flytzani-Stephanopoulos M. Gates BC. Atomically dispersed supported metal catalysts . Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2012, 3, 545-574.

加载更多
29003

版权声明:

1) 本文仅代表原作者观点,不代表本平台立场,请批判性阅读! 2) 本文内容若存在版权问题,请联系我们及时处理。 3) 除特别说明,本文版权归纳米人工作室所有,翻版必究!
纳米人
你好测试
copryright 2016 纳米人 闽ICP备16031428号-1

关注公众号