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单原子催化前沿信息_原子化器的主要作用是将(2024年12月实时热点)

内容来源：卡姆驱动平台所属栏目：教程更新日期：2024-12-02

单原子催化

单原子催化剂（SACs）因其高原子利用效率和独特催化性能，在化学反应中展现了巨大潜力。然而，传统SACs的部分活性位点常被支撑材料所掩埋，限制了催化效率。通过“顺序热转变”策略，中科大焦龙、江海龙团队制备了一种单原子Pt催化剂（Pt₁/TiO₂-600），实现了100%的Pt原子可及性，并在对氯硝基苯（p-CNB）加氢反应中表现出极高的活性与选择性。 ✨研究亮点高效催化设计：通过顺序热转变策略精准分散单原子Pt，最大化催化位点的可及性。优异的选择性：在p-CNB加氢反应中，Pt₁/TiO₂-600实现近100%的对氯苯胺（p-CAN）选择性，显著抑制副反应。稳定的催化性能：Pt₁/TiO₂-600在多次循环实验中表现出良好的催化稳定性，适用于多种氯代硝基化合物。机制解析：实验结合理论计算揭示了Pt₁/TiO₂-600对–NO₂基团的优先吸附机制，为催化选择性提供理论依据。 𐟓Š展望本研究展示了一种全新高效单原子催化剂设计方法，显著提升了催化性能和选择性，为精细化学品合成提供了绿色、经济的解决方案。未来的研究可进一步拓展该策略在其他催化反应中的应用，推动绿色化工的可持续发展。 𐟓š文献信息期刊：Angewandte Chemie International Edition DOI：10.1002/anie.202418964 #科研绘图#⠂ #科研学习#⠂ #文献阅读#⠂ #单原子催化#⠂ #催化#⠂ #单原子催化剂#⠂ #学术#⠂ #sci#

什么是单原子催化剂？有哪些应用进展？

最近，中科院搞了个大招，他们研究出了一种制造高密度单原子催化剂的新方法。这听起来可能有点技术宅，但其实这玩意儿和咱们的日常生活可是息息相关的。催化是啥？简单来说，催化就是化学反应的“加速器”，它能让反应更快发生，但不改变反应的结果。比如植物的光合作用、人体内的新陈代谢，还有汽车排气管里的催化剂，都是催化在起作用。催化技术，咱们人类已经用了几千年了，比如酿酒、酿醋，都是淀粉在微生物的帮助下变成醋酸和酒精。催化技术是现代化学工业的核心，推动了石油、电力和化工等行业的发展。催化分为两种：均相催化和多相催化。均相催化就像大家一起在同一个锅里做饭，催化剂和反应物混在一起；而多相催化则是分开的，比如固体催化剂和气体反应物。多相催化的好处是催化剂好分离，但活性位点分布不均匀，活性相对较低。现在，咱们研究的单原子催化就是多相催化的一种。这种催化方式，就是把催化剂拆分成单个原子，这样可以最大化表面积，提高催化活性和效率。就像把小麦磨成粉，表面积就大大增加了。但是，要把原子拆分开，还得让它们不抱团，这可是个技术活。此前，在单原子催化剂的研究和应用中，遇到一些挑战，比如如何提高贵金属原子的利用率、降低成本，以及如何在需要金属系合位点的催化系统中表现出活性。这些问题在一定程度上限制了单原子催化剂的广泛应用。然而，中科院和国际团队合作，找到了解决办法：通过控制气压来控制金属原子的扩散，制造出超高密度的单原子催化剂。他们发现，降低气压可以减少金属原子聚集，让单原子密度大大提高。这项研究成果，不仅为制造高密度单原子催化剂提供了新思路，也为未来在原子级别上的精准制造打下了基础。单原子催化剂能够极大提高化学反应的速率和选择性，这对于化学工业生产过程意味着更高的效率和更低的能耗。由于单原子催化剂能够最大化贵金属的利用效率，这有助于降低对昂贵金属的依赖，减少生产成本。单原子催化剂在环境治理，如汽车尾气净化等领域的应用，有助于减少污染物排放，推动绿色可持续发展。在燃料电池、石油化工等新能源技术领域，单原子催化剂的高活性和稳定性为开发新型能源技术提供了可能。中国在单原子催化剂研究的领先地位，有助于推动全球催化学科的发展，为我国在高新技术领域争取更多的话语权和影响力。总之，制造高密度单原子催化剂的新方法不仅在科学上具有创新性，而且在实际应用中具有广泛的潜力和重要性。随着研究的深入，这些催化剂有望在多个领域发挥关键作用，推动工业和技术的进步。 #热点新知#

氯气（Cl₂）在聚合物、医药等领域具有重要应用，其工业制备主要通过氯碱工艺中的氯气演化反应（CER）完成。为了提升氯气生产效率并降低成本，贵金属单原子催化剂（SACs）因其独特的原子级活性位点和高效的原子利用率备受关注。然而，不同贵金属SACs在CER中的本征活性一直缺乏明确对比。本研究制备了具有相同M–N4配位结构的Pt、Ir、Ru单原子催化剂，系统比较了其在CER中的电催化性能。 ✨研究亮点 M–N4配位结构下的性能对比：首次在相同结构下对比Pt、Ir、Ru单原子催化剂，揭示了其在CER中的活性差异，为催化剂的设计提供了关键数据。 Cl*中介的Vomer-Heyrovsk㽦œ𚥈𖯼š实验表明，三种催化剂均遵循Vomer-Heyrovsk㽦œ𚥈𖯼Œ且Pt1–N–C表现出最优的Cl₂选择性和活性。 DFT计算支持：DFT计算的自由能分析表明，Pt1–N–C在M–N4活性位点上具有最低的Cl*–Cl，进一步解释了其出色的电催化性能。 𐟓Š展望该研究通过对比Pt、Ir、Ru单原子催化剂在CER中的表现，揭示了M–N4位点上Cl*–Cl中间体结合能对催化活性的影响，为开发高效低成本的氯气生产电催化剂提供了新思路。 𐟓š文献信息期刊： Angewandte Chemie International Edition DOI： 10.1002/anie.202414202 #科研绘图#⠂ #文献阅读#⠂ #科研学习#⠂ #学术#⠂ #sci论文#⠂ #催化#⠂ #电催化#

李亚栋教授发表「获奖感言」「2024未来科学大奖颁奖典礼」在获奖感言中，李亚栋教授在获奖感言中回顾了自己从调皮少年到大学教授的成长历程，感谢教育和帮助过他的老师、养育他的父母以及支持他的家人，并感恩所处的伟大时代。「张涛、」李亚栋因对“单原子催化”的发展和应用所作出的开创性贡献，荣获「2024未来科学大奖」-「物质科学奖」。「科学」「科学家」「未来科学大奖」「颁奖典礼」未来论坛FutureForum的微博视频

原位红外光谱技术在催化剂研究中的应用 𐟎列Ÿ刊： 𐟌œNature Communications𐟌› 𐟌ˆ背景： 𐟪„研究催化剂的结构与稳定性之间的关系对于开发高性能电催化器件至关重要。 𐟒妈果： 𐟎ˆ华中科技大学的杨旋和华东理工大学的张博威等研究人员，利用原位红外光谱（ATR-SEIRAS）技术，对Cu单原子催化剂在电催化还原CO2反应中的结构动态变化进行了定量表征。 𐟎ˆ研究表明，在电催化还原CO2的过程中，Cu单原子位点能够发生动态结构变化。 𐟎ˆ不同的配位结构表明，Cu单原子的动态变化与催化剂的基底密切相关。 𐟎ˆ理论计算结果显示，Cu单原子的稳定性与其形成能的数值有关。 ⭐亮点： ✨原位ATR-SEIRAS表征技术有助于研究催化剂的结构与稳定性规律。 ✨在电催化还原CO2的过程中，Cu单原子位点能够发生动态结构变化。 ✨不同的配位结构表明，Cu单原子的动态变化与催化剂的基底密切相关。

【访李亚栋：科学发展不是“无中生有”，什么才是原始创新？】2024年未来科学大奖得主李亚栋教授，他的研究团队在单原子催化技术上取得重大突破！让我们一起了解下，在他的眼中，科学发展中的原始创新到底是什么？「科学家的故事」「如何搞科研」「微博公开课」返朴的微博视频

【「新型催化剂有效提升燃料电池性能」】「昆明理工大学超话」记者10月29日从昆明理工大学获悉，该校化学工程学院与香港科技大学合作，通过制备非贵金属单原子催化剂，有效提升了燃料电池的氧还原反应活性，在燃料电池催化剂领域取得重要突破。相关成果发表于国际期刊《德国应用化学》。新型催化剂有效提升燃料电池性能

氢能作为清洁、可持续的能源方案，在应对气候变化和能源危机中发挥着重要作用。然而，氢能技术中的电催化剂设计和优化依赖传统的试错法，效率低、成本高。机器学习（ML）的快速发展为电催化剂设计开辟了新路径，推动氢能转化效率的大幅提升。 ✨研究亮点机器学习辅助材料选择：通过结构化的方法将ML技术应用于不同材料类别（如金属合金、二维材料、单原子催化剂）的筛选和优化，显著提高研究效率。多层次描述符集成策略：通过集成不同材料描述符（如电子结构、表面特性等），使ML模型更精准地预测和优化催化性能。催化剂性能优化：通过ML模型深度挖掘实验与理论数据，快速发现新的电催化剂候选材料，并对现有催化剂进行优化，提高氢析出（HER）、氧析出（OER）等反应效率。 𐟓Š展望本研究展示了机器学习在电催化剂设计中的广阔前景。未来，可进一步开发高效数据挖掘和预测算法，提升材料研究的效率和精准度，为氢能技术的大规模应用提供支持。 𐟓š文献信息期刊：Chemical Society Reviews DOI：10.1039/d4cs00844h ##科研学习# #科研绘图# #文献阅读# #学习日常# #电催化# #综述# #机器学习# #硕博圈#

新型单原子催化剂配位结构促进高性能析氧反应（OER）推文链接：网页链接图1：Ir1/(Co,Fe)-OH/MI样品的形貌表征。图2：Ir1/(Co,Fe)-OH/MI和Ir1/(Co,Fe)-OH样品的结构表征。图3：OER的电化学性能。图4：DFT计算。图5：整体水分解性能。图6：制备方法的普适性推广。

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