原子分散催化劑是催化科學(xué)領(lǐng)域中的新興材料。與原子利用率較低的納米顆粒催化劑相比，原子分散催化劑可以達(dá)到100%的理論原子利用率。迄今為止，實(shí)現(xiàn)原子分散催化劑在溫和條件下的大規(guī)模合成仍具有挑戰(zhàn)性，而降低反應(yīng)溫度可以極大地節(jié)省能源消耗，這是工業(yè)應(yīng)用中的一個(gè)重要前提。因此，建立一個(gè)簡(jiǎn)單的策略，在溫和的條件下大規(guī)模制備原子分散催化劑，對(duì)于它們的實(shí)際應(yīng)用是非常有必要的。有鑒于此，復(fù)旦大學(xué)孔彪教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種通用的協(xié)同捕獲-鍵合超組裝策略，以在60℃的溫和溫度下，在微孔空位框架上獲得原子分散的Pt、Ru、Au、Pd、Ir和Rh基單原子催化劑。其中原子分散的Pt基催化劑顯示出優(yōu)異的析氫性能，在1.0 M KOH和0.5 M H2SO4中的活性（過(guò)電位為50 mV）分別比市售的Pt/C催化劑高21.4倍和20.8倍。此外，超過(guò)100小時(shí)的超長(zhǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，為其實(shí)際應(yīng)用提供了更大的潛力。相關(guān)研究工作日前發(fā)表于美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊Nano Letters上。類似于用網(wǎng)捕捉蜻蜓，金屬離子可以被直徑非常小的“網(wǎng)”捕捉，以避免聚集。受此啟發(fā)，作者構(gòu)建了一種通用的協(xié)同捕獲-鍵合超組裝（CBSA）策略，成功在60°C下實(shí)現(xiàn)了原子分散催化劑的合成。高溫?zé)峤夂?/span>0.6 nm孔的ZIF-8，可使其微孔內(nèi)的Zn原子蒸發(fā)，形成大量空位。熱解后的材料浸入氯鉑酸溶液后，孔隙可以捕獲游離的[PtCl6]2-離子(~ 0.5 nm)。在60℃溫度下，[PtCl6]2-可以與孔表面的空位結(jié)合，形成穩(wěn)定的Pt-N結(jié)構(gòu)，隨后，Cl負(fù)離子與Pt正離子斷裂，并從微孔中去除。圖2. Pt/MVF催化劑的結(jié)構(gòu)表征
作者對(duì)合成的Pt/MVF進(jìn)行了相關(guān)的成分和結(jié)構(gòu)的表征，電鏡結(jié)果展現(xiàn)了Pt在框架中呈現(xiàn)原子級(jí)分散，而XAFS的擬合結(jié)果表明Pt/MVF中的Pt原子主要以Pt-N4的配位結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在。作者進(jìn)一步驗(yàn)證了CBSA策略的普適性。EDX元素圖譜顯示每個(gè)催化劑中的金屬元素分布均勻，球差校正電鏡圖像進(jìn)一步證實(shí)了幾種原子（Ru, Au, Pd, Ir 和Rh）分散催化劑的形成。這些結(jié)果表明，CBSA策略具有一定的普適性。為了評(píng)估原子級(jí)分散催化劑的析氫性能，作者分別在1.0 M KOH和0.5 M H2SO4水溶液中測(cè)試所制備的幾種原子級(jí)分散催化劑和商用Pt/C（20 wt%）催化劑。其中Pt/MVF顯示出優(yōu)異的析氫性能，其活性約為市售的Pt/C催化劑的20倍，此外，Pt/MVF可以超長(zhǎng)的穩(wěn)定性運(yùn)行超過(guò)100小時(shí)，為其實(shí)際應(yīng)用提供了更大的潛力。理論計(jì)算表明，Pt-N4是Pt/MVF的活性位點(diǎn)，具有優(yōu)異的析氫活性。在該工作中，孔彪教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種通用簡(jiǎn)單的，低成本協(xié)同捕獲-鍵合超組裝策略，該策略可在60°C下在微孔空位框架上合成原子分散催化劑（X/MVF，X=Pt，Ru，Au，Pd，Ir和Rh）。通過(guò)將窄孔的精確捕獲和空位的穩(wěn)定鍵合相結(jié)合，不僅簡(jiǎn)化了原子分散催化劑的合成過(guò)程，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)其在溫和條件下的大規(guī)模制備。相關(guān)研究工作日前以“General Synergistic Capture-Bonding Superassemblyof Atomically Dispersed Catalysts on Micropore-Vacancy Frameworks”為題發(fā)表于美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊Nano Letters上。DOI：10.1021/acs.nanolett.2c00042 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00042
孔彪，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家、國(guó)家高層次人才專家、上海市高層次人才專家、復(fù)旦大學(xué)研究員/博士生導(dǎo)師、國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室副主任。主要開(kāi)展超組裝SAFs智能材料與器件制備集成，面向超組裝軟界面仿生材料設(shè)計(jì)及組裝、軟界面智能傳感與探測(cè)芯片集成、新型微型化可植入感知器件構(gòu)建、新型微型化可植入新能源器件構(gòu)建的研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，致力于為傳感檢測(cè)、軟界面電子光電子器件、仿生軟界面儲(chǔ)能器件等領(lǐng)域提供高效可持續(xù)的軟界面智能材料及器件。目前已發(fā)表包括Nature Chem.,Science Adv., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Adv. Mater.在內(nèi)的SCI論文120余篇，總被引10000余次，H指數(shù)45。獲上海市優(yōu)秀發(fā)明選拔賽金獎(jiǎng)、科技部重點(diǎn)專項(xiàng)優(yōu)秀青年獎(jiǎng)、聯(lián)合國(guó)工發(fā)組織科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、上海市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、孔子教育基金會(huì)優(yōu)秀科學(xué)家獎(jiǎng)、中國(guó)分析測(cè)試協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（CAIA獎(jiǎng)）一等獎(jiǎng)、上海市青少年發(fā)展創(chuàng)新市長(zhǎng)獎(jiǎng)、中國(guó)教育部“博士研究生學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng)”、“陶氏化學(xué)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)、澳大利亞Monash大學(xué)優(yōu)秀博士論文校長(zhǎng)獎(jiǎng)、寶鋼教育基金會(huì)特等獎(jiǎng)等。任國(guó)際Frontiers系列刊物副主編，《中國(guó)化學(xué)快報(bào)》Chinese Chemical Letters（CCL）以及Mater Today Sustainability編委。
