新加坡国立大学
图(a)显示了超高密度单原子催化剂的制备策略
图(b)显示了氮掺杂碳上超高密度单原子铂金属的环形暗场扫描透射电子显微镜图像
图(c)显示了机器人合成平台的照片以及各种单元操作的工具分配
图(d)显示了合成方案的流程图
学分:自然纳米技术 新加坡国立大学的科学家开发了一种通用的湿化学方法，用于通过受控的两步热退火策略，在化学性质不同的载体上可扩展地自动合成15种常见过渡金属的超高密度单原子催化剂库(UHD-SACs)
催化剂在许多工业化学过程中起着重要的作用，越来越需要更先进的版本来提高它们的效率
多相单原子催化剂是一类由分散在载体表面的孤立金属原子组成的新型催化剂
它们独特的几何和电子性质有可能显著提高目标催化反应的选择性并降低操作成本
自2011年SACs的概念被提出以来，全球对这类SACs材料的兴趣激增，重点关注它们在提高可持续工业过程的化学转化效率方面的应用
在许多技术应用中实施这种开创性催化剂的一个基本挑战是缺乏合成路线来生产具有高表面密度的催化剂
实现后者对于在大规模工业过程中最大化催化剂的生产率尤为重要
新加坡国立大学化学系和功能智能材料研究所的卢炯教授领导的新加坡国立大学研究团队通过开发一种可扩展的通用两步退火方法来制备超高密度SACs库，从而解决了这个具有挑战性的问题
这项工作是由苏黎世联邦理工学院的哈维尔·佩雷斯-拉米雷斯教授、清华大学的李峻教授和Dr
赵，来自南洋理工大学
该方法利用对从金属前体中去除配体的控制以及它们与载体的相关相互作用，使材料表面充满金属原子
使金属原子与材料表面所有可用配位位置结合的可能性最大化的选择性锚定机制有助于保持高水平的金属覆盖率
然后通过洗涤除去未附着的金属原子
这防止了用于去除残留配体的后续高温退火步骤中潜在的金属烧结
与传统的浸渍路线相比，退火步骤还允许稳定高得多的金属含量(见图(a))
使用不同性质的化学上不同的载体(包括氮掺杂碳、聚合氮化碳、二氧化铈、氧化铝和二氧化钛)和超过20wt %的负载量，对15种常见的过渡金属展示了这种开发UHD-SACs的可扩展合成路线
%(见图(b))
此外，所提出的方法易于遵循标准化的自动化协议(见图(c)和图(d))，证明了其稳健性，并提供了探索大量单金属或多金属催化剂库的可行途径
该团队展示了在不同催化体系中高负载SACs的潜在益处，包括电化学、热催化和有机催化，举例说明了为特定催化应用优化表面金属密度的必要性
此外，在不同催化体系中观察到的负载依赖的位点特异性活性反映了众所周知的多相催化剂设计的复杂性
这现在可以通过一个具有广泛可调金属负载的SACs库来解决
卢教授说:“我们的工作已经解决了单原子催化中的长期问题，包括负载密度和这一开创性类别的-SACs的可扩展制造
这对于它们在可持续化学和能源转化中的工业实施至关重要
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