揭示單原子驅動載體表面動態碳化新機制

近日，中國科學院大連化學物理研究所張濤院士、副研究員楊冰團隊，與上海高等研究院研究員朱倍恩合作，在單原子催化劑動態催化機制研究方面取得新進展。團隊發現單原子不僅提供活性位點，同時還可以在長時反應過程中誘導載體表面碳化，進而大幅提升反應活性。相關成果發表于《化學》Chem上。

自2011年張濤等首次提出單原子催化概念以來，單原子催化劑（SACs）由于其特殊的活性、選擇性以及原子利用率最大化等特點，逐漸成為催化領域的研究熱點。盡管已有工作揭示了單原子位點對反應物活化、產物選擇性的重要催化作用，但是，SACs在實際反應過程中的動態結構演變的識別與調控仍有待進一步探索。

本工作中，研究人員發現單原子催化劑（Pd1-FeOx）在二氧化碳加氫反應過程中的長時誘導期，可促進CO2轉化率從17%逐漸增加到28%，并保持98%以上的CO選擇性。相比而言，負載型納米顆粒催化劑（Pd-NPs-FeOx）則一直保持穩定的催化活性和選擇性。進一步通過原位表征、結構分析和理論計算等手段發現，Pd單原子不僅可以在反應初期提供高效的催化活性位，同時在長時反應過程中還可以促進FeOx載體的動態碳化，獲得高活性的Fe5C2活性相，從而顯著提高CO2轉化率并降低活化能至27.7kJ/mol。相比之下，Pd納米顆粒與載體（FeOx）則發生強金屬載體相互作用（SMSI），產生的FeOx包覆抑制了FeOx的深度還原與碳化。

本研究加深了對單原子催化的理解，揭示了反應環境下單原子位點對載體結構的動態作用機制，為單原子催化劑界面結構設計提供了新的啟發。