大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧德會研究員、包信和院士團(tuán)隊(duì)在二維材料限域單原子催化研究方面的工作受到國際同行的廣泛關(guān)注。受邀在ChemicalReviews期刊上并以封面形式發(fā)表以“CatalysiswithTwo-DimensionalMaterialsConfiningSingleAtoms:Concept,Design,andApplications”為題的綜述文章。

催化劑的性能與其幾何和電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。二維材料由于獨(dú)特的幾何和電子特性不僅可以直接作為催化劑，同時也是一類理想的催化載體；單原子因其配位不飽的狀態(tài)，以及易于調(diào)變的電子特性近來備受催化研究人員的關(guān)注。近年來，該團(tuán)隊(duì)結(jié)合二維材料和單原子兩者的優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)二維材料限域的單原子催化劑可以構(gòu)建新的電子態(tài)，限域的單原子可以直接作為活性中心，也可以調(diào)變其周圍的配位環(huán)境來作為活性中心，該類材料在眾多反應(yīng)體系尤其是在能源小分子轉(zhuǎn)化體系中表現(xiàn)出了獨(dú)特的催化性能。

文章系統(tǒng)綜述了研究團(tuán)隊(duì)與國際同行近十年來在二維材料限域單原子催化方面的研究進(jìn)展。重點(diǎn)討論了單原子（金屬或非金屬）限域在二維材料（石墨烯、g-C3N4和硫化鉬等）中所形成的獨(dú)特的電子態(tài)對催化性能的調(diào)變，以及兩者結(jié)合在催化中所具有的獨(dú)特優(yōu)勢：1、二維材料限域單原子催化劑獨(dú)特的電子特性有利于其本征活性的提高；2、二維材料限域單原子催化劑超薄的結(jié)構(gòu)和高的比表面積有利于暴露配位不飽和的活性中心，增加催化活性位的數(shù)量；3、二維平面兩側(cè)的開放式結(jié)構(gòu)有利于催化反應(yīng)物和生成物的傳質(zhì)，可以提高反應(yīng)速率；4、二維材料單一明確的長程有序結(jié)構(gòu)有利于構(gòu)建模型催化劑，從而可以在原子和分子層次理解催化反應(yīng)，以及厘清其構(gòu)效關(guān)系。

文章還綜述了該類材料在熱、電、光催化中的最新進(jìn)展，并探討了其未來在催化基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用中的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。