單原子催化劑的催化性能經(jīng)常被報道超過納米粒子，但缺乏直接比較這兩種催化劑相同和不同的位點的能力。
有鑒于此，美國西北太平洋國家實驗室Oliver Y. Gutiérrez和Roger Rousseau等人，將Fe3O4上穩(wěn)定的Rh單原子與Fe3O4和SiO2上負載的金屬納米粒子進行了比較。
本文要點
要點1. 與Fe3O4表面相比，嵌入Fe3O4表面的Pt金屬的單原子與CO2的相互作用強度大大提高。單個Rh原子對CO2的強吸附和相應的低活化能使CO2的轉(zhuǎn)化率比Rh納米顆粒高2個數(shù)量級。
要點2. 這種單原子的高活性源于它們與載體的配位作用所產(chǎn)生的部分氧化狀態(tài)。Fe3O4負載的Rh納米顆粒遵循單原子的CO2相互作用和還原行為，這歸因于Fe3O4-Rh界面上部分氧化位點的主導作用。因此，這兩種被認為不同的材料展示了一種可能的共同的催化化學，并且在Fe3O4上的Pt基團金屬的單個原子對于主要依賴于金屬- O - Fe環(huán)境的位點的催化反應是特別成功的材料。負載在Fe3O4上的納米顆粒的催化性能與負載在SiO2上的納米顆粒相比，更類似于Rh單原子催化劑。要點3. 載體環(huán)境施加的中間氧化態(tài)（在金屬和形式陽離子之間）（界面和單原子位點）導致與吸附和反應分子的更有利的相互作用。即在反應過程中，吸附CO2的基態(tài)是穩(wěn)定的，而吸附的CO的基態(tài)沿反應路徑是不穩(wěn)定的。總之，通過對單金屬位點和Fe3O4負載的納米顆粒的理化和催化性能的詳細分析證實了金屬-O-Fe環(huán)境對Pt類金屬的電子性能的關(guān)鍵作用，并由此增強了CO2還原的基本步驟。
Yifeng Zhu et al. Environment of Metal–O–Fe Bonds Enabling High Activity in CO2 Reduction on Single Metal Atoms and on Supported Nanoparticles. J. Am. Chem. Soc., 2021.DOI: 10.1021/jacs.1c02276https://doi.org/10.1021/jacs.1c02276
