微动态丨科学家利用双模板策略合成整体式单原子催化剂

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双模板法合成Pt1/NMCW催化剂的示意图   田正斌供图

近日，中科院青岛生物能源与过程研究所研究员王光辉带领的多孔催化材料研究组开发了一种双模板策略，制备了成型的氮掺杂介孔碳纳米线负载的Pt单原子催化剂（Pt₁/NMCW）。该催化剂具有丰富的介孔和大孔，有利于活性位点暴露和反应传质。相关研究成果发表在《纳米研究》上。

碳载单原子催化剂在多相催化领域受到广泛关注。但是，在碳载单原子催化剂合成过程中，大量单原子被嵌入到碳基底或微孔孔道中，引起传质限制，导致催化性能降低。另外，碳载单原子催化剂通常是以纳米/微米级的粉末态存在，在实际应用中需要添加胶黏剂，通过压片、挤条等手段成型，这一过程会导致催化剂孔道堵塞，活性位点包埋，大幅降低催化剂的效率。

设计具有多级孔结构的成型碳载单原子催化剂，有望解决这些问题。

该策略以三嵌段共聚物（Pluronic F127）为软模板，合成了一维介孔碳纳米线负载的Pt单原子，可以暴露更多的Pt活性位点；以KCl晶体作为硬模板，形成了有利于传质的大孔结构。由于其结构优势，Pt₁/NMCW在液相加氢过程中表现出优异的催化性能，优于未使用KCl模板合成的成型催化剂的活性，并且与纳米级粉末催化剂（纳米碳球负载的Pt单原子）的活性相当。该研究为碳载单原子催化剂传质效率的提高和活性位点的暴露，提供了一种有效途径，在多相催化领域具有潜在的应用价值。

该项工作得到国家自然科学基金，所内合作基金等项目的资助。

论文相关信息：https://doi.org/10.1007/s12274-022-5118-4.