单原子催化剂的活性来自哪? JACS告诉你！
通讯作者：刘伟研究员
金属负载催化剂中的原子分散至关重要，因为它在结构上解释了它们的催化性能。由于实际催化剂通常呈现结构多样性，例如单个原子、簇和粒子的共存，但是传统的光谱方法包括化学吸附、滴定和X射线吸收，只能提供关于原子分散的平均描述，而无法区分局部结构分化。
基于此，中科院大连化物所刘伟研究员课题组开发一种电子显微镜的原子识别统计(EMARS)方法，以逐原子计数的方式精确确定金属负载催化剂的分散。相关工作以“Identify the Activity Origin of Pt Single-Atom Catalyst via Atom-by Atom Counting”为题发表在Journal of The American Chemical Society上。
图1. 与积分光谱方法相比，基于电子显微镜的原子识别统计(EMARS)的优势，用于金属负载催化剂的分散分析。
图2. 应用于Pt/Al2O3重整催化剂的HAADF图像的EMARS分析程序的可视化性能：(a)包含Pt单原子和簇的原始HAADF图像，比例尺为5 nm；(b)图像中以红色突出显示的识别结果；(c)已识别的Pt单原子坐标的图形显示；(d和e)Pt单原子和簇的分离；(f)Al2O3载体的轮廓识别。
图3. 通过EMARS和HOT方法定量分析的Pt分散与芳烃生产催化活性之间的相关性。(a)归一化的催化活性和Pt分散。(b)参考活动的分散计算偏差。(c)高（粉红色）、中（青色）和低性能（蓝色）催化剂的Pt-Pt原子距离的总体分布；还从Pt原子的积分贡献以及更大的距离中得出了关于活性偏差的分布图（绿色）。(d)Pt簇中包含的原子数的直方图。
图4. 原位显微镜跟踪Pt原子的氧化驱动再分散。(a-f)来自两个位置的区域1-3在400和500°C下处理时呈现出相同的从簇到Pt单原子的分散趋势。特别是对于区域0。(g)放大的HAADF图像揭示了Pt原子向结晶颗粒的显着反向聚集行为。(h)从(g)积分的归一化电子散射强度分布图显示Pt原子随着温度升高的浓度趋势，产生促进的结晶度和增加的散射强度。
参考文献：
Shuhui Liu, Hua Xu, Dongdong Liu, Hao Yu, Fan Zhang, Peng Zhang, Ruolin Zhang, Wei Liu, Identify the Activity Origin of Pt Single-Atom Catalyst via Atom-by Atom Counting, J. Am. Chem. Soc. 2021, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c06381.