碳化钼基单原子催化剂：近三年研究论文汇总！

近日，大连化物所能源研究技术平台电子显微镜技术研究组副研究员刘岳峰团队、催化与新材料研究中心王爱琴研究员、张涛院士团队，与法国斯特拉斯堡大学、德国马普化学能源转换研究所、四川大学化学研究所等团队合作，在明确碳化钼负载高密度单原子Pd基催化剂（α-MoC）的稳定化机理及其在选择加氢反应中的独特催化性能方面取得新进展。

单原子催化剂（SAC）具有独特的几何和电子结构，在选择性加氢反应中表现出优异的活性和选择性。由于单个金属原子与载体直接化学键合，SAC的性能很大程度上取决于所用载体的性质。在相对较高的温度下，将单原子催化剂暴露在还原气氛中会破坏金属-氧复合物，导致单个原子聚集/烧结，从而失去其化学选择性。因此，获得高稳定性、高密度的单原子选择性加氢催化剂，特别是在较高反应温度下能保持原子级分散的催化剂极具挑战性。

在本工作中，研究人员首先利用配备原位样品台的球差校正扫描透射电子显微镜（AC-STEM），在大气压（1 bar）下20% CH4/H2混合碳化气氛中原位观察高负载（质量）碳化过程，结合原位光谱技术（包括NAP-XPS和准原位XAS）和理论计算（DFT）研究了含量为20 wt%~5 wt%的Pd纳米粒子从纳米颗粒到原子水平的分散动力学，确定了研究人员发现，在原位碳化过程中，Pd原子倾向于迁移到碳化钼空位丰富的表面，形成高密度、表面富集的单原子分散Pd1/α-MoC催化剂。它已成功应用于芳香族硝基化合物的液相选择性加氢和富氢条件下的逆水煤气反应（RWGS，CO2+ 3H2⇋CO + 2H2+ H2O），并表现出优异的活性和选择性，远优于Pd纳米颗粒催化剂。更重要的是，Pd1/α-MoC催化剂可以承受高达400°C的还原/反应性气氛而不会发生单原子聚集。这项工作为开发在严酷还原条件下具有优异选择性和高密度和稳定性的催化剂提供了一种有前途的方法。

该成果发表在《应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）杂志上。上述研究工作得到了国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（B类）“能源化学转化本质与调控”项目、国家重点研发计划、辽宁省“兴辽人才计划”项目、中科院青年创新促进会等项目的资助。（文/图马颖任昱菁）