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若將氧化物變薄到乃至單層，其表面自由能受基底金屬的調(diào)制會向金屬表面自由能靠近（化學勢的混合），此時沉積在薄層氧化物上的金屬就有可能處于高分散狀態(tài)。研究人員在 Cu(110) 單晶表面生長單層 CuO 薄膜，再沉積鉑 (Pt) 金屬原子，得到 400 K 以上熱穩(wěn)定的 Pt 單原子模型催化劑。若將氧化物層厚度增加，相同沉積量的 Pt 原子則在室溫下便會團聚，形成金屬團簇。這種負載型金屬單原子模型催化體系的制備方法簡單易行，不需要通過吸附分子或者嵌入晶格來穩(wěn)定金屬單原子。

納米石墨烯是經(jīng)由有機合成路線制備的稠合苯環(huán)組成的納米片狀材料，其結(jié)構(gòu)可以在有機合成過程中精確控制，并通過碳譜、氫譜等手段表征。研究團隊以自制的納米石墨烯、商業(yè)化的含氮化合物、鐵鹽和二維石墨烯為前驅(qū)體，經(jīng)過高溫焙燒和酸洗處理，最終得到了高效的酸性氧還原催化劑。催化劑合成過程中，高溫條件下三聚氰胺提供的氮原子傾向于取代納米石墨烯的邊緣碳原子，并以此錨定

提出了一種簡便的制備方法，采用苯胺錨定和微波還原等技術(shù)手段，得到了完全分散在石墨烯上的鉑原子位點。這些分散的鉑原子位點最大限度地利用了鉑的催化性能，從而大大降低了鉑的用量，顯著提高了鉑的質(zhì)量活性。實驗結(jié)果表明，在鉑的用量降低到商業(yè)鉑碳催化劑的1/50的條件下，仍然能達到商業(yè)鉑碳催化劑的性能。同時，苯胺錨定可以防止鉑原子在催化過程中聚集，從而提高了催化劑的穩(wěn)定性。 在對鉑單原子催化劑的研

近日，南方科技大學材料科學與工程系副教授谷猛課題組、物理系副教授徐虎課題組聯(lián)合俄勒岡大學教授馮振興團隊在單原子催化領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)研究成果在國際頂級學術(shù)期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上在線發(fā)表，并被選為封面論文。論文題目為“高銥單原子負載氧化鎳用于高效電催化析氧（Ultrahigh-loading of Ir single atoms on NiO matrix to dramatically enhance oxygen evolution reaction）”。谷猛介紹，負載量難以提高是目前單原子催化劑發(fā)展的主要瓶頸之一，而這項研究不僅將單原子負載質(zhì)量分數(shù)提高至18%，獲得了目前同類材料報道中的最高負載量，還能使催化劑維持較高的活性和穩(wěn)定性。另外，谷猛課題組博士后王琦通過這種方法，進一步獲得了高負載量的Mn、Fe、Co、Ru、Ir、Pt等單原子摻雜NiO，驗證了該制備方法的普適性，為單原子催化劑的研究提供了更實用且可靠的研究思路。

近日，中國科學技術(shù)大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心和化學物理系曾杰教授、周仕明副教授研究團隊發(fā)展出了一套利用電化學沉積制備單原子催化劑的普適性方法，利用該方法研究人員成功制備出了34種單原子催化劑，覆蓋了多種過渡金屬和多種襯底。相關(guān)成果發(fā)表在《自然·通訊》上。發(fā)展對襯底和金屬無選擇性的普適性單原子合成方法具有重要意義。研究人員在電化學三電極體系下進行電化學沉積，并通過陰極沉積和陽極沉積獲得了兩種Ir1/Co(OH)2單原子催化劑。此外，研究人員又探究了沉積條件（前驅(qū)體濃度、沉積圈數(shù)和沉積速率）對單原子形成的影響，發(fā)現(xiàn)當金屬的負載量低于某一限度時，可以獲得單原子；高于這一限度時則有金屬團簇或顆粒形成，這一變化類似于液相中晶體生長中的成核過程（圖1）。電化學沉積制備單原子的機理研究。(a)陰極沉積示意圖；(b)陽極沉積示意圖；(c)在陰極沉積中，前驅(qū)體濃度、沉積量和單原子形成的關(guān)系；(d)在陽極沉積中，前驅(qū)體濃度、沉積量和單原子形成的關(guān)系。為了證明該方法的普適性，研究人員又在氫氧化鈷、硫化鉬、氧化錳、氮摻雜的碳等襯底上成功獲得覆蓋3d、4d、5d金屬的單原子催化劑，并且對所制備的單原子催化劑的結(jié)構(gòu)表征后發(fā)現(xiàn)，陰極和陽極沉積獲得的同一單原子催化劑具有不同的電子結(jié)構(gòu)，這為其在不同催化反應(yīng)中的應(yīng)用提供了可能。研究人員還對所得單原子催化劑在電催化水分解反應(yīng)中的性能進行了探究。實驗結(jié)果表明，陰極沉積所得的一些催化劑在電催化析氫反應(yīng)中表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，同時，陽極沉積所得的一些催化劑在電催化析氧反應(yīng)中也表現(xiàn)出了良好的性能。該制備單原子催化劑的普適性方法不僅為單原子催化領(lǐng)域注入了新的活力，而且為今后系統(tǒng)性研究催化劑結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系提供了新的思路。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-14917-6.pdf詳細閱讀：http://news.ustc.edu.cn/2020/0313/c15884a414545/page.htm

成果創(chuàng)新點 主要技術(shù)創(chuàng)新路徑（如涉及技術(shù)秘密，可簡略描述）： 利用多反射腔將原子磁力儀小型化的同時將檢測靈敏 度提高一個量級，最終好于 50 fT/Hz1/2。引入微納加工手 段，將產(chǎn)品標準化，從而可進行批量化生產(chǎn)。可進一步應(yīng) 用于原子陀螺。 技術(shù)成熟度 關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)階段 市場前景 1.與醫(yī)院合作用于生物磁場測量和可移動式磁成像； 2.共磁力儀用于慣性測量。

主要技術(shù)創(chuàng)新路徑（如涉及技術(shù)秘密，可簡略描述）： 利用多反射腔將原子磁力儀小型化的同時將檢測靈敏度提高一個量級，最終好于 50 fT/Hz1/2。引入微納加工手段，將產(chǎn)品標準化，從而可進行批量化生產(chǎn)。

利用電解水制造高純氫氣是當前能源利用與轉(zhuǎn)換中一個重大課題，因此，探索低成本、高效的水裂解制氫反應(yīng)電催化劑具有重要意義。商用IrO2催化劑由于使用貴金屬，成本非常昂貴。目前，單原子催化劑已被證明是用于氧氣析出反應(yīng)（OER）的有效催化劑，且由于這些單原子的配位環(huán)境，使得單原子催化劑具有高選擇性。同時，單原子催化劑可以提高有效負載量，并減少至少10倍的貴金屬使用。 制備單原子催化劑的典型方法

本發(fā)明公開了一種能提高原子束流量密度的原子發(fā)生器，包括 真空法蘭、氣路組件、加熱裝置和隔熱冷卻裝置，氣路組件包括供氣 源、真空微調(diào)閥、氣體引入法蘭、供氣管、陶瓷套和鎢毛細管;加熱 裝置包括直流穩(wěn)壓電源、電引入法蘭和鎢加熱子;隔熱冷卻裝置包括 冷卻水引入法蘭、銅套、鉬隔熱層和冷卻塊，銅套上設(shè)置有冷卻水道， 鉬隔熱層的下端設(shè)置有作為原子束出口的第一圓孔，銅套上設(shè)置有作 為原子束出口的第二圓孔，并且所述鎢毛細管、第一圓孔、第二圓孔 的軸線重合。本發(fā)明出口處原子角度分布上，小極角范圍內(nèi)的原子流 量密度得到增

一、項目進展 創(chuàng)意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業(yè) 入學/畢業(yè)時間 學號 宋兆華 化學化工學院 2018.09-2022.06 201831045132 三、指導教師 姓名 學院/所學專業(yè) 職務(wù)/職稱 研究方向 陳永東 化學化工學院 教授 能源催化，環(huán)境催化 四、項目簡介 針對甲醇汽車尾氣凈化催化劑貴金屬Pd用量大、甲醇深度氧化起燃溫度高等問題，本項目擬以Ce1-xLaxO2為載體，采用光化學還原法制備Pd1/Ce1-xLaxO2單原子催化劑，并將其涂覆在蜂窩陶瓷上制成整體式催化劑，考察其甲醇深度氧化性能；并利用XRD、XPS、TEM、球差校正高角環(huán)形暗場掃描透射電鏡（AC-HAADF-STEM）、X射線吸收精細結(jié)構(gòu)（XAFS）等技術(shù)對載體及催化劑進行系統(tǒng)表征，揭示載體晶相、尺寸、形貌對Pd1/Ce1-xLaxO2界面結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；結(jié)合動力學研究，建立Pd1/Ce1-xLaxO2界面結(jié)構(gòu)—催化性能之間的構(gòu)-效關(guān)系；為設(shè)計和開發(fā)新型高效低貴金屬甲醇汽車尾氣凈化催化劑提供理論指導和實踐基礎(chǔ)。