单原子催化剂的制备及电催化应用研究进展

史清华，沈腊珍，苗震雨，李肇敏，芦宝平，董金龙

(太原师范学院化学系，山西 晋中 030619)

当今社会工业化程度显著提升，人类生活水平逐渐提高，随之而来的是全球面临能源短缺，环境污染程度日趋严重。目前寻找新型能源、发展高效催化剂是解决能源与环境问题的有效途径之一[1]，例如常见的一些贵金属催化剂Pt、Pd、Ru及Rh或者相应的纳米催化剂等已被广泛应用于能源催化方面。然而受困于贵金属催化剂的较高成本，较低的储存量，愈来愈难以满足日益增加的工业化需求[2]。随着纳米科学的发展，研究人员认识到活性催化剂粒子尺寸的大小极大地影响着催化反应。因此将催化剂粒径降低到纳米甚至原子尺度，此时意味着单个原子几乎完全暴露出来，大量结果显示该催化剂具有显著的催化能力。实际上早在2011年，我国著名学者张涛与李隽就提出了单原子催化剂的概念，并成功制备了Pt1/FeOx单原子，该催化剂极大的提高了Pt贵金属原子的利用率[3]。简单说单原子催化剂是指一类将孤立分散的金属原子负载到载体上，原子利用率达到100%的新型催化剂，在一些重要的催化反应(有机催化、光电催化、直接甲醇燃烧反应等)中能表现出高的活性、选择性和稳定性[4]。与普通催化剂相比，单原子催化剂的几何结构和电子结构比较特殊，并且具备独特性能，制备过程中自然有其特殊之处，特别是对于载体的选择、单原子配体的选择等因素都会影响单原子催化剂的性能。……