新型協同單原子催化劑方法打破了前人的活性限制

化學反應的關鍵在于名稱——需要有某種東西使化學物質相互反應。這種稱為催化劑的成分以受控方式誘導或加速反應，以產生所需的結果。多個行業中使用的催化劑通常由貴金屬組成，其效率不足以彌補其高成本。為了解決將氫添加到制藥生產中重要分子喹啉的化學反應(稱為氫化)的問題，中國的研究人員開發了一種高效催化劑，包括協同納米粒子和銥單原子。

他們于3月22日在NanoResearch上發表了他們的方法。

“喹啉及其衍生物選擇性加氫制得相應產物在精細化工和醫藥行業有著廣泛的應用，”共同通訊作者、中國科學院化學研究所和中國科學院大學研究員曹長艷說。科學學院(UCAS)。“喹啉是獲取四氫喹啉產物的一類重要化合物，廣泛存在于藥物分子中，但產生該反應通常需要貴金屬催化劑。因此，提高貴金屬的活性和利用效率非常重要因為它們的價格很高。”

研究人員專注于單原子催化劑，曹說，由于單原子催化劑如何融合均相和多相催化劑的優點，單原子催化劑已成為催化領域的熱門話題。均相催化劑促進均勻反應，但非均相催化劑可以誘導更高產率的反應。曹認為，問題在于單原子催化劑缺乏金屬-金屬鍵。如果沒有這種鍵合并，氫會被迫通過不同的途徑，從而導致整體氫化減少。

“由于氫在貴金屬納米粒子上更容易成對解離——例如氫原子——眾所周知，氫原子會溢出，我們假設金屬納米粒子上形成的氫原子也可以遷移到金屬單點進行氫化，”曹說，解釋說，所提出的催化劑和底物之間的初始加氫活性將基本上產生能夠繼續催化過程的氫原子的第二相。“通過這樣的設計，或許可以解決上述問題。”

為了設計這種催化劑，研究人員將銥(一種據報道對喹啉氫化具有最高固有活性的貴金屬)和納米顆粒分散在碳載體中。當使用喹啉時，該反應被證明比僅使用銥原子或僅使用納米粒子時更有效。

“構建協同催化劑改變了反應路徑，以利用單原子位點激活底物和納米顆粒分解氫，”共同通訊作者、ICCAS和UCAS教授WeiguoSong說。“與單獨的對應單原子催化劑和納米顆粒催化劑相比，所有這些特性共同促成了顯著增強的氫化性能。”

雖然開發的協同催化劑并沒有消除對貴金屬的需求，但它確實減少了更好反應所需的量。

“我們提出并確認了一種有效的策略，通過構建銥單原子和納米粒子的協同催化劑，提高喹啉加氫的催化活性，解決了單原子催化劑的活性限制，”宋說。“接下來，我們將把研究擴展到其他金屬催化劑和加氫反應，以證明協同催化劑的普遍性。”