催化劑是工業(yè)中廣泛使用的材料，用于加速制造汽油，藥物和清潔汽車尾氣的反應(yīng)。它們通常含有昂貴的貴金屬，這可能使制造和加工成本在經(jīng)濟(jì)上沒有吸引力。

一類催化劑，即單原子催化劑，通過將其作為隔離原子支撐在另一種廉價(jià)材料上而有效地使用昂貴的金屬。到目前為止，在將一氧化碳氧化成二氧化碳期間那些分離的原子的結(jié)構(gòu)尚不清楚。

化學(xué)工程副教授艾曼·卡里姆和弗吉尼亞理工大學(xué)化學(xué)工程助理教授辛宏亮已經(jīng)確定了用于一氧化碳氧化的銥單原子催化劑的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理的確定將有助于設(shè)計(jì)更好和更具成本效益的催化劑。

在Nature Catalysis上發(fā)表的期刊文章“在單原子Ir-on-MgAl2O4催化劑上鑒定CO氧化的活性絡(luò)合物”中，該發(fā)現(xiàn)顯示效率比由大銥制成的傳統(tǒng)催化劑高25倍。結(jié)構(gòu)或納米顆粒。

“在工作中看到單個(gè)原子催化劑顯示出化學(xué)反應(yīng)如何從遠(yuǎn)處變得簡單，但在我們深入研究原子能級細(xì)節(jié)時(shí)仍然很難理解，”由陸軍研究辦公室資助的研究卡里姆說。“然而，揭示這些細(xì)節(jié)為設(shè)計(jì)更有效的催化劑鋪平了道路。”

陸玉冰和王佳民，這兩位弗吉尼亞理工大學(xué)化學(xué)工程系的博士生都參與了這項(xiàng)研究。Lu領(lǐng)導(dǎo)了這些實(shí)驗(yàn)，而Wang負(fù)責(zé)計(jì)算工作。

“這項(xiàng)研究提供了關(guān)于支持的貴金屬單原子結(jié)構(gòu)和活性的非常詳細(xì)的原子級信息，”Lu解釋說。“我們應(yīng)用了不同的表征工具和量子化學(xué)計(jì)算來展示單個(gè)原子催化劑的工作原理。”