Small Methods: 高载量单原子催化剂

单原子催化剂以其高催化活性、高选择性、稳定性好等优点受到广泛关注。然而,单原子催化剂表面能高,极易迁移和团聚,往往导致单原子催化剂的负载量极低,质量活性受限。因此合理设计和制备出稳定的高载量单原子催化剂,具有重要的实际应用价值。

近日, 华中科技大学黄亮教授和佐治亚理工学院刘美林教授应邀在small methods上发表了题为“Densely Populated Single Atom Catalysts”的综述文章。系统归纳了近年来高载量单原子催化剂的合成策略,表征手段及其在能源方面的应用,并总结了制备单原子催化剂的难点和关键因素。该文章首先从定义出发,列举了目前常见的几种单原子催化剂类型、分类方式,及其常见的表征手段。进而综述了目前单原子催化剂的发展状况,对单原子的可控制备进行梳理和总结。系统归纳了目前高载量单原子催化剂的合成策略,包括湿化学法、高温裂解法、光化学法、电沉积和离子交换法等。随后,作者介绍了单原子催化剂在电催化反应和电池中的应用。作者对制备高载量单原子的关键因素进行了分析并提出了自己的见解。作者认为高比表面积的载体材料具有得天独厚的优势,它能使活性中心充分暴露并参与反应。金属原子和载体间的强相互作用是制备高载量单原子催化剂的关键,能使金属原子在制备过程中和反应过程中保持稳定。最后,作者对单原子催化剂未来的研究方向进行了展望,指出了目前单原子催化剂所面临的机遇和挑战,包括高载量单原子催化剂的制备,先进表征技术的发展和理论研究的探索。作者希望能对从事单原子催化剂、电催化、电池等领域的研究者提供见解和引导,促进单原子催化剂的制备科学和表征手段的发展,引导基于分子层面的理论机理的探索,从而进一步促进单原子催化剂应用的多面性、多样性和进一步的实际应用。

综述文章在线发表在Small Methods(DOI:10.1002/smtd.201900540)上。