就在最近，《Advanced Materials》雜志發(fā)表了重慶大學(xué)周小元教授團(tuán)隊(duì)在光催化CO?還原領(lǐng)域的一項(xiàng)重要研究進(jìn)展。基于金屬配位思想，他們提出利用前驅(qū)體硫脲分子在聚合形成CN基底前分離錨定單原子的原位合成策略，成功實(shí)現(xiàn)單原子催化劑（SACs）的高負(fù)載、宏量制備。
以Cu SACs為例，單批次可生成3.565 kg，金屬單原子的負(fù)載量達(dá)到16.03 mol%，這種催化劑還能實(shí)現(xiàn)CO?到HCOOH的高活性（274.88 μmol·g?¹·h?¹）和高選擇性（> 99%）轉(zhuǎn)化，處于世界領(lǐng)先水平。此外，該方法具有普適性，可推廣至其他元素SACs的合成，開辟了SACs工業(yè)化應(yīng)用的新前景。文章中使用的CO?還原反應(yīng)設(shè)備為泊菲萊PLR MFPR-I多功能光化學(xué)反應(yīng)儀。
團(tuán)隊(duì)受到金屬配位絡(luò)合物知識的啟發(fā)，提出了一種新穎的金屬配位路線，該路線主要是通過配體（如縮二脲）與金屬離子在水溶液中的快速絡(luò)合形成配合物，然后將配合物進(jìn)行原位熱聚合，以實(shí)現(xiàn)高負(fù)載，大劑量制備。
要點(diǎn)一：球差電鏡+同步輻射+DFT計算等表征證明大劑量，高負(fù)載單原子成功制備
通過使用硫脲和各種過渡金屬鹽作為前軀體，并預(yù)先進(jìn)行縮脲反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)金屬離子的有效分離錨定。隨后，僅需一步簡單的熱處理，即可生成高負(fù)載、大劑量的單原子催化劑。
要點(diǎn)二：高負(fù)載密度單原子能有效提高CO?向HCOOH的轉(zhuǎn)化效率且具有普適性
如圖4所示，本底CN表現(xiàn)出很低的催化活性，但是隨著Cu單原子的引入，在Cu/CN上會產(chǎn)生大量的HCOOH和少量的CH?/CO，這表明Cu單原子的引入對催化劑的活性提升發(fā)揮了重要作用。特別地，隨著單原子的負(fù)載量的增加，其光催化性能也隨之提高。結(jié)果顯示催化活性依賴于單原子的負(fù)載量，可以通過調(diào)控負(fù)載量的方式來增加更多的活性位點(diǎn)，進(jìn)而提升催化劑的光催化性能。
為了進(jìn)一步拓展這種金屬配位策略的普適性，團(tuán)隊(duì)也將該金屬配位策略推廣到其他過渡金屬，以實(shí)現(xiàn)一系列過渡金屬SACs（M/CN，M = Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu 和 Zn）的工業(yè)規(guī)模合成。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于金屬離子與縮二脲快速絡(luò)合，避免了多步洗滌和加熱，有利于避免質(zhì)量損失，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)SACs的規(guī)模化生產(chǎn)。最重要的是，該方法的關(guān)鍵是可以實(shí)現(xiàn)金屬和酰胺基團(tuán)之間最大化的鍵合，可以實(shí)現(xiàn)高密度金屬負(fù)載。
該研究探索了一條具有低成本，大規(guī)模制備SACs的途徑，為潛在的工業(yè)應(yīng)用提供了可能。
PLR MFPR-I多功能光化學(xué)反應(yīng)儀具備4大特點(diǎn)：
1、可實(shí)現(xiàn)光熱壓多場協(xié)同催化
設(shè)備反應(yīng)體系溫度最高可達(dá)180℃（控溫精度±0.5℃），壓力最大可達(dá)0.9 MPa，可實(shí)現(xiàn)較寬的溫度和壓力調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)光熱壓多場協(xié)同催化；
2、全自動在線取樣
內(nèi)置取樣閥組，可實(shí)現(xiàn)與色譜聯(lián)用，在180℃高溫和50 kPa~0.9 MPa不同壓力條件下均可進(jìn)行全自動在線取樣，提高實(shí)驗(yàn)效率，減少人為誤差；
3、兼容性強(qiáng)
多功能釜蓋結(jié)合頂照和側(cè)照多樣化照射方式，可兼容光催化、光電催化和光熱催化CO?還原反應(yīng)；
4、集成化程度高
反應(yīng)系統(tǒng)集成加熱、攪拌和自動取樣模塊于一體，體積小巧節(jié)省空間。
咨詢請撥打：400-116-1365
在PLR MFPR-I多功能光化學(xué)反應(yīng)儀的助力下，周小元教授團(tuán)隊(duì)在近兩年內(nèi)發(fā)表了多篇高影響因子文章，這些文章均使用了該設(shè)備！
