新型协同单原子催化剂方法打破了前人的活性限制

化学反应的关键在于名称——需要有某种东西使化学物质相互反应。这种称为催化剂的成分以受控方式诱导或加速反应，以产生所需的结果。多个行业中使用的催化剂通常由贵金属组成，其效率不足以弥补其高成本。为了解决将氢添加到制药生产中重要分子喹啉的化学反应(称为氢化)的问题，中国的研究人员开发了一种高效催化剂，包括协同纳米粒子和铱单原子。

他们于3月22日在NanoResearch上发表了他们的方法。

“喹啉及其衍生物选择性加氢制得相应产物在精细化工和医药行业有着广泛的应用，”共同通讯作者、中国科学院化学研究所和中国科学院大学研究员曹长艳说。科学学院(UCAS)。“喹啉是获取四氢喹啉产物的一类重要化合物，广泛存在于药物分子中，但产生该反应通常需要贵金属催化剂。因此，提高贵金属的活性和利用效率非常重要因为它们的价格很高。”

研究人员专注于单原子催化剂，曹说，由于单原子催化剂如何融合均相和多相催化剂的优点，单原子催化剂已成为催化领域的热门话题。均相催化剂促进均匀反应，但非均相催化剂可以诱导更高产率的反应。曹认为，问题在于单原子催化剂缺乏金属-金属键。如果没有这种键合并，氢会被迫通过不同的途径，从而导致整体氢化减少。

“由于氢在贵金属纳米粒子上更容易成对解离——例如氢原子——众所周知，氢原子会溢出，我们假设金属纳米粒子上形成的氢原子也可以迁移到金属单点进行氢化，”曹说，解释说，所提出的催化剂和底物之间的初始加氢活性将基本上产生能够继续催化过程的氢原子的第二相。“通过这样的设计，或许可以解决上述问题。”

为了设计这种催化剂，研究人员将铱(一种据报道对喹啉氢化具有最高固有活性的贵金属)和纳米颗粒分散在碳载体中。当使用喹啉时，该反应被证明比仅使用铱原子或仅使用纳米粒子时更有效。

“构建协同催化剂改变了反应路径，以利用单原子位点激活底物和纳米颗粒分解氢，”共同通讯作者、ICCAS和UCAS教授WeiguoSong说。“与单独的对应单原子催化剂和纳米颗粒催化剂相比，所有这些特性共同促成了显着增强的氢化性能。”

虽然开发的协同催化剂并没有消除对贵金属的需求，但它确实减少了更好反应所需的量。

“我们提出并确认了一种有效的策略，通过构建铱单原子和纳米粒子的协同催化剂，提高喹啉加氢的催化活性，解决了单原子催化剂的活性限制，”宋说。“接下来，我们将把研究扩展到其他金属催化剂和加氢反应，以证明协同催化剂的普遍性。”