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我所在Chemical Reviews上發表二維材料限域單原子催化研究綜述封面文章

  我所催化基础国家重点实验室邓德会研究員、包信和院士团队在二维材料限域单原子催化研究方面的工作受到国际同行的广泛关注。近期,该团队受邀在Chemical Reviews期刊上發表以“Catalysis with Two-Dimensional Materials Confining Single Atoms: Concept, Design, and Applications”爲題的綜述文章,並被該期刊選爲當期封面文章。

  催化劑的性能與其幾何和電子結構密切相關。二維材料由于獨特的幾何和電子特性不僅可以直接作爲催化劑,同時也是一類理想的催化載體;單原子因其配位不飽的狀態,以及易于調變的電子特性近來備受催化研究人員的關注。近年來,該團隊結合二維材料和單原子兩者的優勢,發現二維材料限域的單原子催化劑可以構建新的電子態,限域的單原子可以直接作爲活性中心,也可以調變其周圍的配位環境來作爲活性中心,該類材料在衆多反應體系尤其是在能源小分子轉化體系中表現出了獨特的催化性能(Chem, 2018; Angew. Chem. Int. Ed., 2018; Nat. Commun., 2017; Nano Energy, 2017; Nat. Nanotechnol., 2016; Angew. Chem. Int. Ed., 2016; Sci. Adv., 2015; Energy Environ. Sci. 2015; Chem. Mater. 2011)。

  該文章系統綜述了該研究團隊與國際同行近十年來在二維材料限域單原子催化方面的研究進展。重點討論了單原子(金屬或非金屬)限域在二維材料(石墨烯、g-C3N4和硫化钼等)中所形成的獨特的電子態對催化性能的調變,以及兩者結合在催化中所具有的獨特優勢:1、二維材料限域單原子催化劑獨特的電子特性有利于其本征活性的提高;2、二維材料限域單原子催化劑超薄的結構和高的比表面積有利于暴露配位不飽和的活性中心,增加催化活性位的數量;3、二維平面兩側的開放式結構有利于催化反應物和生成物的傳質,可以提高反應速率;4、二維材料單一明確的長程有序結構有利于構建模型催化劑,從而可以在原子和分子層次理解催化反應,以及厘清其構效關系。此外,該文章還綜述了該類材料在熱、電、光催化中的最新進展,並探討了其未來在催化基礎研究和工業應用中的機遇和挑戰。

  该工作得到了国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金委重大项目等资助。同时,该工作也是献礼我所七十周年所庆文章之一。(文/图 毛军、王勇、高鹤华)

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