一种异常稳定的单原子催化剂

东京工业大学(Tokyo Tech)的科学家表明，困在C12A7晶体中的单个铂原子可作为稳定和有效的催化剂催化硝基芳烃的氢化，而硝基芳烃是生产多种精细化学品的必不可少的过程。他们的方法可能成为开发适用于广泛工业应用的其他单原子催化剂的通用途径。

单原子催化剂(SAC)即将成为梦想中的催化剂-基于优化使用金属原子而展现出卓越性能的催化剂。自2011年Tao Zhang及其在中国和美国的同事首次提出以来，全球许多研究团队一直在努力推进SAC的可扩展性开发。

现在，在一项概念验证研究中，它为开发一系列新的SAC敞开了大门，Tokyo Tech的研究人员已经设计并测试了一种由捕获在C12A7中的单个铂原子组成的催化剂，C12A7是一种广泛用于纳米技术的纳米多孔晶体。生产铝水泥。

研究人员在《自然通讯》上发表的论文中说，C12A7晶体的内部结构“大小恰到好处”，足以捕获单个金属原子。

第一作者Tian说：“我们的方法就像是“环中的钻石”策略，其中C12A7的表面腔可以看作是环，而单个铂原子则像钻石一样固定在环上。” -东京科技元素策略材料研究中心的叶楠。

Ye解释说，C12A7具有带正电的框架结构，该结构由十二个亚纳米大小的笼子组成，每个笼子的内径约为0.4纳米，适合捕获单个金属原子。每个笼子都带有+1/3 的正电荷，并且表面腔体有一个开放的“嘴”，可以通过电子相互作用捕获单个金属原子。

已经证明该催化剂是高度稳定的，并且对硝基芳烃的选择性氢化具有活性，硝基芳烃是染料和聚合物工业中经常使用的重要过程。它具有比C12A7不支持的铂基催化剂更高的周转频率(每小时高达25,772)。值得注意的是，新催化剂甚至可以在高达600°C的温度下工作。

基于这些有希望的结果，研究人员研究了使用其他金属是否可能产生陷阱效应。正如他们预测的那样，C12A7还能够捕获钌和铑的单个原子，表明它们的策略将适用于各种过渡金属。

叶说：“我们的发现为开发用于不同催化过程的新型SAC打开了无数扇门。” 由于其极高的热稳定性，C12A7支架将能够承受其他工业上重要过程(如氨合成和CO 2还原)所涉及的苛刻条件。

叶指出，国资委的发展离不开新材料的探索。他说，这是为什么东京理工大学的细野秀夫教授的小组以独特的优势成为SAC研究的先驱的关键原因，他说，这是建立在一系列成就的基础上的，这些成就包括新型半导体的开发，铁基超导体以及首个研究室。 -温度稳定的电。

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