单原子催化剂的催化性能经常被报道超过纳米粒子，但缺乏直接比较这两种催化剂相同和不同的位点的能力。

有鉴于此，美国西北太平洋国家实验室Oliver Y. Gutiérrez和Roger Rousseau等人，将Fe₃O₄上稳定的Rh单原子与Fe₃O₄和SiO₂上负载的金属纳米粒子进行了比较。

本文要点

1）与Fe₃O₄表面相比，嵌入Fe₃O₄表面的Pt金属的单原子与CO₂的相互作用强度大大提高。单个Rh原子对CO₂的强吸附和相应的低活化能使CO₂的转化率比Rh纳米颗粒高2个数量级。

2）这种单原子的高活性源于它们与载体的配位作用所产生的部分氧化状态。Fe₃O₄负载的Rh纳米颗粒遵循单原子的CO₂相互作用和还原行为，这归因于Fe₃O₄-Rh界面上部分氧化位点的主导作用。因此，这两种被认为不同的材料展示了一种可能的共同的催化化学，并且在Fe₃O₄上的Pt基团金属的单个原子对于主要依赖于金属- O - Fe环境的位点的催化反应是特别成功的材料。负载在Fe₃O₄上的纳米颗粒的催化性能与负载在SiO₂上的纳米颗粒相比，更类似于Rh单原子催化剂。

3）载体环境施加的中间氧化态（在金属和形式阳离子之间）（界面和单原子位点）导致与吸附和反应分子的更有利的相互作用。即在反应过程中，吸附CO₂的基态是稳定的，而吸附的CO的基态沿反应路径是不稳定的。

总之，通过对单金属位点和Fe₃O₄负载的纳米颗粒的理化和催化性能的详细分析证实了金属-O-Fe环境对Pt类金属的电子性能的关键作用，并由此增强了CO₂还原的基本步骤。

参考文献：

Yifeng Zhu et al. Environment of Metal–O–Fe Bonds Enabling High Activity in CO₂ Reduction on Single Metal Atoms and on Supported Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc., 2021.

DOI: 10.1021/jacs.1c02276

https://doi.org/10.1021/jacs.1c02276