محفزات الذرات الفردية: آفاق جديدة في التحفيز غير المتجانس

تُعد الهياكل النانوية المعدنية المدعومة النوع الأكثر استخدامًا من المحفزات غير المتجانسة في العمليات الصناعية. إن حجم جزيئات المعادن هو عامل رئيسي في تحديد أداء مثل هذه المحفزات. وبصفة خاصة، حيث إن الذرات المعدنية القليلة التنسيق غالبًا ما تعمل كمواقع نشطة تحفيزيًا، فإن النشاط النوعي لكل ذرة معدنية عادة ما يزداد مع انخفاض حجم جزيئات المعدن. ومع ذلك، تزداد الطاقة الحرة السطحية للمعادن بشكل ملحوظ مع انخفاض حجم الجزيئات، مما يعزز تكوين كتل صغيرة. استخدام مادة دعم مناسبة تتفاعل بقوة مع الأنواع المعدنية يمنع هذا التجمع، مما يخلق كتل معدنية مستقرة ومتوزعة بشكل دقيق ذات نشاط تحفيزي عالي، وهو نهج استخدمته الصناعة لفترة طويلة. ومع ذلك، فإن المحفزات المعدنية المدعومة العملية غير متجانسة وعادة ما تتكون من مزيج من الأحجام بدءًا من الجسيمات النانوية إلى الكتل دون النانوية. لا تؤدي هذه التباينات فقط إلى تقليل كفاءة ذرات المعدن ولكن أيضًا تؤدي كثيرًا إلى تفاعلات جانبية غير مرغوب فيها. كما أنه يجعل من الصعب للغاية، إن لم يكن مستحيلًا، تحديد مواقع النشاط المهمة والسيطرة عليها بشكل فريد. الحد الأدنى للحجم بالنسبة لجزيئات المعادن هو المحفز الذري الفردي (SAC)، الذي يحتوي على ذرات معدنية معزولة موزعة بشكل فردي على الدعامات. تزيد SACs من كفاءة استخدام ذرات المعدن، وهو أمر مهم بشكل خاص لمحفزات المعادن النبيلة المدعومة. بالإضافة إلى ذلك، مع توزيع ذرات وحيدة محددة بشكل جيد وموحد، تقدم SACs إمكانيات كبيرة لتحقيق نشاط وانتقائية عالية. في هذا الحساب، نبرز التقدمات الأخيرة في التحضير، والتوصيف، والأداء التحفيزي لـ SACs، مع التركيز على الذرات الفردية المثبتة على أكاسيد المعادن، والأسطح المعدنية، والغرافين. نحن نناقش دراسات تجريبية ونظرية لمجموعة متنوعة من التفاعلات، بما في ذلك الأكسدة، وتحويل غاز الماء، والهيدروجين. نصف التقدم في فهم الترتيبات المكانية والخصائص الإلكترونية للذرات الفردية، بالإضافة إلى تفاعلاتها مع الدعم. توفر ذرات المعادن الفردية على أسطح الدعم فرصة فريدة لضبط مواقع النشاط وتحسين النشاط، والانتقائية، والثبات للمحفزات غير المتجانسة، مما يوفر إمكانيات للتطبيقات في مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية الصناعية.