研究表明单个原子作为催化剂的重要性

几天前，奥地利维也纳理工大学的一个研究小组表明，当粒子达到最小尺寸，即单个国际原子时，一切都会完全改变。通常使用诸如金或铂之类的金属作为催化剂。在车用催化转化器中，铂纳米颗粒可以将有的一氧化碳转化为无的二氧化碳。由于铂和其他催化活性金属的高成本和稀有性，纳米颗粒变得越来越小。单原子催化剂是尺寸减小的逻辑终点：金属不再以颗粒的形式存在，而是以单原子的形式存在——简单地固定在更便宜的载体材料表面。因此，确定金属是否是衍生自较大金属嵌段的良好催化剂的原则不再适用于单原子，该原则需要修改，维也纳理工大学已经完成了修订。结果表明，基于低成本材料的单原子催化剂可能更有效。研究结果现已发表在《科学》杂志上。

只有金属的外部原子才能在化学过程中发挥作用，而内部原子永远不会与环境接触。因此，为了节省材料，金属颗粒最好体积小，而不是大块，这样更多的原子留在表面。如果一个原子可以被使用到极限，那么每个原子都有化学活性。在过去的十年里，“单原子”催化领域发展迅速，取得了巨大成功。维也纳理工大学应用物理研究所的Gareth Parkinson教授表示，“20世纪70年代，人们对贵金属可以作为良好催化剂的原因进行了研究。例如，Gerhard Ertl因其对催化的原子级见解而于2007年获得了诺贝尔化学奖。”在金属中，电子不再被分配给特定的原子，并且电子态是由许多原子的相互作用产生的。Gareth Parkinson表示，“对于单个原子，旧的模型不再适用。单个原子不像金属那样共享电子，因此在这种情况下不存在电子带。”近年来，Gareth帕金森和他的团队一直在深入研究这种单原子催化背后的原子机制。Gareth Parkinson说：“在许多情况下，被认为是好催化剂的金属也是单原子形式的好催化剂。因为在这两种状态下，催化剂的电子是相同的，这被称为d电子。”单原子催化出现了一种新的可能性，这在普通金属颗粒中是无法实现的。帕金森解释道，“由于金属原子被放置在表面并形成原子键，我们可以改变原子的反应性。”在某些情况下，昂贵的金属不再是最佳选择。帕金森还说：“单个镍原子给一氧化碳的氧化带来了巨大的希望。如果我们了解单原子催化的原子机制，它将更有可能影响化学过程。”维也纳理工大学通过这种方式准确地分析了八种不同的金属，结果与维也纳大学的Cesare Franchini教授开发的理论模型完全一致。Gareth Parkinson强调：“催化剂在许多领域都非常重要，尤其是在可再生能源经济中至关重要的化学反应中。新方法表明，催化剂并不总是铂。”原子的局部环境起着决定性作用。如果选择正确，可以开发更好的催化剂来节省资源和成本。

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