Single-atom katalysatoren (SAC's) met atomair verspreide actieve metaalcentra op dragers vormen een intermediair tussen heterogene en homogene katalyse. Daarom, het begrijpen van het homogene katalyse-prototype biedt een geweldige kans voor het ontwerpen van SAC's en het ontwikkelen van gerelateerde toepassingen.

HUANG Yanqiang en collega's in de onderzoeksgroep van prof. Zhang Tao aan het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben onlangs een strategie ontwikkeld voor het rationeel ontwerpen van een katalysator met één atoom. De methode omvat het creëren van actieve sites met één atoom op dragers op basis van homologe homogene prototypen. Dit proces zorgt voor de stabiliteit van de actieve plaatsen en behoudt ook het katalytische vermogen tijdens de overeenkomstige homogene processen.

De strategie wordt geïllustreerd in de Ir-gebaseerde katalysatoren voor de katalytische transformatie van CO ₂ te formatteren. De drager in een SAC is vergelijkbaar met de liganden van een mononucleair metaalcomplex in homogene katalyse. De atomaire oppervlaktestructuur van de drager gedraagt ​​zich als een "chelator" van organische complexen in de richting van enkele atoommetaalcentra, en deze functie is direct gerelateerd aan de chemische binding en elektronische toestand van de actieve metaalplaatsen.

Overeenkomstig, het ontwerp van een drager met elektronendonerende functionele groepen, die een mononucleair Ir-tangcomplex imiteert, is een sleutelfactor in de ontwikkeling van een op Ir gebaseerde SAC voor de katalytische transformatie van CO ₂ te formatteren.

Door een poreus organisch polymeer met aminopyridine-functionaliteiten te ontwikkelen om Ir enkel-atoom actieve plaatsen analoog aan de mononucleaire Ir-complexen te construeren (Fig. 1), dit materiaal vertoont een superieure activiteit ten opzichte van conventionele katalysatoren voor nanodeeltjes tijdens de hydrogenering van CO ₂ vormen onder milde omstandigheden. Dit vertegenwoordigt de beste prestatie tot nu toe voor een heterogene conversie van CO ₂ formatteren, met behoud van uitstekende stabiliteit bij recycling.

In de tussentijd, een katalytisch mechanisme vergelijkbaar met dat van een homogene Ir-katalysator werd waargenomen met deze quasi-homogene Ir-gebaseerde SAC. De huidige strategie biedt een veelbelovende basis voor het ontwerp van efficiënte SAC's voor gebruik in hedendaagse homogene chemische conversies, en dient om mogelijke overbrugging tussen homogene en heterogene katalyse te illustreren.

Gepubliceerd in Chemo , dit werk werd ondersteund door het National Key R&D-programma van China, het Strategisch Prioritair Onderzoeksprogramma van de Chinese Academie van Wetenschappen, en de National Natural Science Foundation van China.