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我院葛炳辉教授与清华大学、北京航空航天大学和复旦大学的科研团队开展合作，在单原子催化剂的球差矫正电镜表征研究中取得了新进展，相关研究成果发表在Nature Communications和Chemistry of Materials上。

原子级分散金属催化剂的有效合成及应用，是近年来催化和材料研究领域非常重要的研究方向。由于活性组分的高度分散、金属利用效率的大幅度提升以及活性中心与相邻配位原子相互作用，单原子催化剂或原子级分散金属催化剂在诸如CO氧化反应、有机加氢反应和氧还原反应等过程中表现出优异的活性、稳定性和选择性。基于球差矫正电镜的高角环形暗。HAADF）成像以及基于同步辐射的扩展x射线吸收精细结构（EXAFS）谱是表征单原子催化的必备手段。

葛炳辉教授与清华大学伍辉研究组，北京航空航天大学刘利民教授、清华大学环境学院张潇源副教授合作，开展了低温下(零下六十摄氏度)液相合成原子级分散金属钴催化剂制备研究工作，提出了一种基础且通用的低温溶液合成稳定的原子级分散金属催化剂的策略，不同制备温度下样品的HAADF像如图1所示。催化剂在中性(0.05 M PBS磷酸缓冲液)和碱性(0.1 M KOH)的电解液环境中,都表现出显著提高的氧还原催化活性和稳定性。进一步在微生物燃料电池器件应用中，也表现出了远超前期文献报道的功率密度(2550 ± 60 mW m^-2)和长达820小时的稳定运行。

同样的，为了获得单原子分散的催化剂，葛炳辉教授还与复旦大学孙正宗研究组合作，研究利用电镀方法在二维材料MoS2表面沉积单原子,表面掺杂量最高可达at.14%。掺入晶格中的Pt等贵金属体现出优异的CO毒化免疫特征，并且在二氧化碳电化学还原催化中体现出较好的CO转化效率。

图1 不同温度制备的负载在N掺杂的介孔碳的Co样品HAADF像，(a) -60 “C, (b) -30 “C, (c) 25 “C , (d) 60 “C.

图2 (a)低倍的Pt-MoS2的TEM像，(b)(c) MoS2负载上的原子级Pt分布HAADF像。

文章链接

1、 https://www.nature.com/articles/s41467-019-08484-8 

2、https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.8b03796