近日,，中科院大連化物所航天催化與新材料研究中心喬波濤研究員和張濤院士團(tuán)隊(duì)，與清華大學(xué)李雋教授,，以及天津理工大學(xué)羅俊教授合作,，在單原子催化方面獲得新進(jìn)展,。利用金屬-載體共價(jià)強(qiáng)相互作用成功制備出耐高溫的高載量鉑單原子催化劑，相關(guān)研究成果以《不用缺陷位點(diǎn)穩(wěn)定的耐高溫單原子催化劑》）為題發(fā)表在《自然—通訊》上,。

2011年,，張濤研究團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)李雋教授以及美國(guó)亞利桑那大學(xué)劉景月教授合作，在國(guó)際上首次報(bào)道了單原子催化劑的制備與性能,，并在此基礎(chǔ)上提出了“單原子催化”的概念,，當(dāng)金屬以原子級(jí)別分散于載體上形成單原子催化劑時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出許多異于負(fù)載型納米顆粒催化劑的特性,，具有較高的表面能和熱力學(xué)不穩(wěn)定性,，在高溫條件下趨向于聚集成金屬團(tuán)簇甚至納米顆粒，難以得到高溫穩(wěn)定的高載量單原子催化劑,。

研究團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期探索單原子催化劑的制備和穩(wěn)定機(jī)制的基礎(chǔ)上,，發(fā)現(xiàn)以共沉淀法制備的Pt1/FeOx單原子催化劑在800℃高溫焙燒后依然完全保持原子級(jí)分散，證明金屬與載體之間的強(qiáng)相互作用使單原子催化劑具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,。依此提出依靠金屬-載體共價(jià)強(qiáng)相互作用來(lái)穩(wěn)定活性金屬,，使單原子催化劑徹底擺脫載體缺陷位數(shù)量對(duì)金屬載量的限制。實(shí)驗(yàn)證明,，負(fù)載在氧化鐵載體上的Pt納米顆粒,，在空氣中高溫焙燒即可得到鉑單原子催化劑，質(zhì)量負(fù)載量可達(dá)1%,。對(duì)照實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算說(shuō)明鉑納米顆粒受熱分散并穩(wěn)定成單原子的現(xiàn)象與載體表面的缺陷無(wú)關(guān),，而是取決于載體本身的性質(zhì)。在可還原氧化物載體（Fe2O3）上,，鉑納米顆粒焙燒后會(huì)自發(fā)分散成單原子,，而在非還原性載體（Al2O3）上，鉑納米顆粒受熱將團(tuán)聚成更大的顆粒,。把氧化鐵摻雜到氧化鋁載體中可有效調(diào)節(jié)載體與金屬的相互作用,，有利于Pt納米顆粒的熱分散。在甲烷催化燃燒反應(yīng)過(guò)程中,，氧化鐵負(fù)載的Pt納米顆粒原位轉(zhuǎn)化成Pt單原子催化劑,，并表現(xiàn)出良好的催化活性和熱穩(wěn)定性。

本項(xiàng)研究揭示了負(fù)載型納米顆粒催化劑熱解分散成單原子催化劑的過(guò)程,，初步探索了金屬-載體共價(jià)強(qiáng)相互作用對(duì)活性金屬的穩(wěn)定機(jī)制,，為設(shè)計(jì)耐高溫、高載量的單原子催化體系提供了理論依據(jù)和重要借鑒,。