近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室和化学与材料科学学院的曾杰教授课题组基于单原子催化剂研究了C₃向C₄分子演化过程中的异构化现象。研究人员成功构筑了负载在氧化钴衬底上的铑单原子催化剂，并研究了其在C₃向C₄分子演化过程中的催化性能。实验结果表明，一氧化碳在催化剂表面形成的化学场诱导铑单原子在氧化钴表面再构，进而耦合C₃分子和中间产物形成的化学场，调控C₃向C₄分子演化过程中的异构化。该成果以“Atomic-level Insights in Optimizing Reaction Paths for Hydroformylation Reaction over Rh/CoO Single-atom Catalyst”为题，发表在《自然•通讯》杂志上[Nature Commun. 2016, 7, 14036]，论文的共同第一作者是博士生王梁炳和硕士生张文博。

氧化钴负载的铑单原子催化剂的结构及其催化反应机理

在当今社会的能源格局中，人类生存需要的液体燃料主要来自石油裂解。近年来，随着石油资源的逐渐耗竭及世界范围内对新能源需求的不断攀升，以碳基小分子为原料，通过费托反应增长碳链进而制备优质液体燃料，有望成为解决石油资源短缺的重要途径之一。在费托反应中，碳基小分子向长链分子转化时存在着碳链异构化问题。

碳链的异构化起始于C₃分子向C₄分子的演化过程。为此，项目组研究人员构筑了氧化钴负载的铑单原子催化剂，并基于该催化剂研究了C₃分子向C₄分子演化过程中的异构化问题。该催化剂在碳链增长反应中不仅具有卓越的催化活性，对直链产物也具有很高的选择性。当铑的负载量从0.2%增加到1.0%和4.8%，孤立的铑原子会团聚成团簇结构。在所得各种铑基催化剂中，铑单原子催化剂的转化频率最高，达到2065每小时，并且对直链产物丁醛的选择性也高达94.4%。研究人员发现，一氧化碳在催化剂表面形成的化学场诱导铑单原子在氧化钴表面再构，进而与C₃分子和中间产物形成的化学场进行耦合，在动力学上更有利于直链产物的形成，从而影响了C₃向C₄分子演化过程中的异构化。

该项研究得到了中国科学院前沿科学重点研究项目、科技部国家重大科学研究计划“纳米专项”、国家自然科学基金、国家国家创新人才计划青年项目等项目的资助。

论文链接：

http://www.nature.com/articles/ncomms14036?WT.feed_name=subjects_physical-sciences

（微尺度物质科学国家实验室、化学与材料科学学院、科研部）