铑单原子催化剂研究取得重要进展

近日，上海光源材料与能源部的司锐研究员与中国科学技术大学曾杰教授、南开大学胡振芃副教授合作，利用同步辐射X射线吸收精细结构谱学技术，在铑单原子催化剂“构效关系”研究方面取得重要进展，相关研究成果发表在化学类国际权威期刊《应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 4712-4718)上，并作为当期的扉页插图(Frontispiece)素材。

负载型单原子催化剂的特点是活性组分含量极低(<1 wt.%)、且无完整晶体结构，常规表征手段往往不适用。X射线吸收精细结构谱学(XAFS)技术因其元素敏感特性，可有效地探测低含量组分的非有序配位结构。在化学制备过程中，溶液相控制合成方法可有效的将氧化钒(VOx)载体上的部分钒(V)原子替换为铑(Rh)原子，所得Rh/VOx催化剂对于水相NH₃BH₃分解产H₂反应具有高活性。通过球差校正的STEM照片(图a)及其轮廓分析(图b)可以从微区上确定VOx晶体表面存在替换V位点的Rh单原子。司锐研究员利用XAFS技术，首先从X射线吸收近边谱图(XANES)上分析证实了Rh元素为+3价(类似Rh₂O₃)、并无Rh⁰成分存在(图c)；再通过扩展X射线吸收精细结构谱图(EXAFS)拟合确认了样品中只存在Rh-O键、无Rh-Rh键(图d)。所以，Rh是以单原子形式存在的，无原子簇或纳米颗粒贡献。上述结论对于合理计算产氢反应的转化频率(TOF)至关重要，也为单原子Rh是催化活性物种提供了可靠的实验证据。

与XAFS相关的研究得到了国家自然科学基金(21373259)、中科院战略性先导纳米专项(XDA09030102)的共同支持，测试实验在上海光源BL14W1线站上完成。（材料与能源部 供稿）

Rh单原子的STEM照片(a)及其轮廓分析(b)、XANES谱图(c)和EXAFS谱图(d)