原子級分散催化劑具有最大的原子利用率，并且擁有超越傳統(tǒng)納米顆粒的優(yōu)異性能。雙原子催化劑（Dual-Atom Catalysts，DACs）的概念最早來源于20世紀70年代發(fā)現(xiàn)的甲烷單加氧酶（MMOs），由此開始了對以兩個金屬原子構(gòu)成活性位點催化劑的探索。隨著精準合成原子級分散催化劑制備方法的進步以及先進表征技術的發(fā)展，DACs已經(jīng)被廣泛運用在能源與環(huán)境相關的催化領域，然而卻缺乏在分子水平層次對這類催化劑在上述反應中構(gòu)效關系和反應機理的理性認識，如何定向設計高效DACs催化劑成了該領域的研究熱點。針對上述問題，浙江大學謝鵬飛教授團隊與埃因霍溫理工大學Emiel J.M. Hensen教授合作，圍繞DACs發(fā)展歷史、合成方法、定性與定量表征、性能、和理性設計等方面，進行了全面總結(jié)，提出了對未來發(fā)展方向的見解。
要點包括：
DACs的合成方法可總結(jié)為自下而上與自上而下兩種主要策略。自下而上的策略選擇具有雙核金屬中心的前驅(qū)體或雙核錨定位點的載體，通過熱解、浸漬、原子層沉積和離子交換等方法合成DACs。自上而下的方法依靠輸入能量使原本聚集的金屬分散成為雙原子，例如球磨法和原子捕獲法。
精確的DACs表征在識別活性位點結(jié)構(gòu)以及進一步建立可靠的結(jié)構(gòu)-活性關系中起著核心作用。近幾十年來各種高分辨技術，對活性位點性質(zhì)（如幾何和電子結(jié)構(gòu)）進行原子級別的表征。論文重點介紹了幾種對DACs結(jié)構(gòu)敏感的方法，如電子顯微鏡、X射線吸收光譜、X射線光電子能譜、漫反射紅外傅里葉變換光譜，以及程序升溫還原和吸附等溫線分析。
論文將DACs在熱催化、電催化以及光催化領域的應用進行了系統(tǒng)性的總結(jié)，并通過對比其他類型催化劑（如單原子和團簇），提煉了DACs中雙位點協(xié)同作用，包括了對活性位電子態(tài)，吸附位點和反應路徑的精準調(diào)控等。
高通量計算以及機器學習（ML）方法為理性設計和篩選DACs提供了巨大潛能。論文簡要回顧了ML在催化領域內(nèi)的應用，并提出了其用于DACs的篩選和設計的一般流程及相關潛在挑戰(zhàn)。
論文信息 Dual Atom Catalysts for Energy and Environmental Applications Dr. Tiancheng Pu, Jiaqi Ding, Fanxing Zhang, Dr. Ke Wang, Ning Cao, Prof. Emiel J. M. Hensen, Prof. Pengfei Xie 論文第一作者為浙江大學化學工程與生物工程學院訪問學者浦天宬，2021級博士生丁家琪（現(xiàn)于荷蘭埃因霍溫理工大學訪學交流）和2020級博士生張凡星。通訊作者為浙江大學謝鵬飛教授和荷蘭埃因霍溫理工大學Emiel J.M. Hensen教授。該工作得到了國家科技部重點研發(fā)項目，國家自然科學基金，浙江省自然科學基金等項目的資助。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202305964
