Tək atomlu katalizatorlar (SAC), metal atomlarının əla istifadəsi və unikal fiziki-kimyəvi xassələri ilə, xüsusilə heterojen kataliz və enerji çevrilmələrində geniş tətbiqlər üçün vəd edir. Əsasən, SAC-ların fəaliyyəti və sabitliyi metal-adsorbat və metal-dəstək qarşılıqlı əlaqəsi ilə idarə olunur. Bununla belə, təbiətdəki SAC-lərin katalitik performansı ilə bu qarşılıqlı əlaqənin əsaslandırılması və həm fəaliyyəti, həm də sabitliyi təsvir etmək üçün vahid nəzəri model hələ də çətin olaraq qalır.

Bu problemi həll etmək üçün Çin Elm və Texnologiya Universitetindən (USTC) professor Lu Junlinqin rəhbərlik etdiyi komanda, USTC-dən professor Wu Xiaojun və Çin Elmlər Akademiyasının (CAS) Dalian Kimya Fizika İnstitutundan (DICP) köməkçi tədqiqatçı Yang Bing ilə birlikdə sərhəd molekulunu (FMOAC) yenilikçi şəkildə təqdim etdi. Tədqiqat Nature jurnalında dərc olunub .

Bu işdə komanda 14 yarımkeçirici dayaq üzərində 34 palladium (Pd) SAC qurdu. Dəstəyin ölçüsünü və tərkibini tənzimləyərək, dayaqların ən aşağı boş molekulyar orbital (LUMO) və ən yüksək işğal olunmuş molekulyar orbital (HOMO) enerji səviyyələrini dəqiq tənzimləyə bildilər. Hissəcik ölçüsü ilə LUMO və HOMO-nun enerji mövqeləri eksperimental olaraq ultrabənövşəyi görünən (UV-Vis) spektroskopiyası və Mott-Şottki qrafikləri ilə müəyyən edilmişdir.

Aberrasiya ilə düzəldilmiş yüksək bucaqlı həlqəvari qaranlıq sahə skan edən ötürücü elektron mikroskopiyası (HAADF-STEM) metal oksid hissəcikləri (MO _x ) üzərində Pd-nin atom dispersiyasını təsdiqlədi . In situ diffuz əks etdirici infraqırmızı Furye transformasiya spektroskopiyası (DRIFTS) və rentgen fotoelektron spektroskopiyası (XPS) daha da təkmilləşdirilmiş Pd-MO _x elektron qarşılıqlı əlaqəni nümayiş etdirdi.

Asetilenin yarı hidrogenləşməsi reaksiyasında, nanoölçülü ZnO və CoO _x- də dəstəklənən Pd SAC-lar yüksək seçiciliyi qoruyarkən toplu oksidlə dəstəklənən analoqlara nisbətən 20 qat aktivlik nümayiş etdirdi.

Qeyd edək ki, 1,9 nm ZnO-da olan Pd ₁ SAC-lar ədəbiyyatda bildirilmiş bütün Pd ₁ SAC-ları üstələyərək, 80 °C-də 25,6 dəq⁻¹ əlamətdar dövriyyə tezliyinə (TOF) nail olub . Bu katalizatorlar həmçinin koks əmələ gəlməsi və ya metal aqreqasiyası olmadan 100 saat ərzində müstəsna dayanıqlıq nümayiş etdirdilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4203178812&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1743658291&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-04-frontier-molecular-orbital-theory-aids.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM0LjAuNjk5OC4xNzgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMzQuMC42OTk4LjE3OCJdLFsiTm90OkEtQnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNC4wLjY5OTguMTc4Il1dLDBd&dt=1743658291408&bpp=1&bdt=143&idt=147&shv=r20250401&mjsv=m202503310101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1743658168%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1743658168%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1743658168%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=2919391133633&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2289&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95355973%2C95355975%2C42532524%2C95331833%2C95344787%2C95352053%2C95356499%2C95356506%2C31090357%2C95356787%2C95356928%2C95340252%2C95340254&oid=2&pvsid=3955736579436441&tmod=975136302&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=156

_{Daxili fəaliyyətlərin Pd 1} xassələri ilə korrelyasiyası onu göstərir ki, Pd ₁ /MO _x SAC- lərin fəaliyyəti Pd yükü vəziyyətləri ilə aydın korrelyasiya göstərmir. Bunun əksinə olaraq, onların fəaliyyəti Pd ₁ /MO _x -də n- və p-tipli oksid hissəcik dayaqlarının LUMO mövqeləri ilə xətti miqyaslı əlaqəni göstərdi .

Nəzəri hesablamalar əsas mexanizmi aydınlaşdırdı: ZnO ölçüsünü azaltmaq onun LUMO səviyyəsini yüksəldir və bant aralığını genişləndirir. Dəstəyin yüksəldilmiş LUMO-su Pd ₁ atomlarının HOMO ilə enerji boşluğunu azaldır ki, bu da yüksək sabitlik üçün Pd _{1 -dəstək orbital hibridləşməni təşviq edir.}

_{Eyni zamanda, Pd 1} -dəstək orbital hibridləşmələrinin dəyişməsi yüksək aktivlik üçün Pd ₁ -adsorbat qarşılıqlı təsirlərini artırmaq üçün lövbərlənmiş Pd ₁ atomlarının LUMO-nu daha da dəyişdirir . Bu tapıntılar FMO nəzəriyyəsinə uyğundur.

Bu iş tam görünüşdə FMO nəzəriyyəsinin ilk birbaşa eksperimental əsaslandırmasını təqdim edir və ilk dəfə yüksək aktiv və sabit SAC-nin dizaynı üçün ümumi təsviri təqdim edir. Bu tapıntılar, xüsusilə süni intellektlə gücləndirilmiş yüksək aktivliyə və sabitliyə nail olmaq üçün müvafiq metal dayaq cütlərinin yüksək məhsuldarlıqlı yoxlanılması üçün yeni və operativ yanaşma açır.

Daha çox məlumat: Junling Lu, Tək atomlu katalizdə metal-destek sərhəd orbital qarşılıqlı təsirləri, Təbiət (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08747-z . www.nature.com/articles/s41586-025-08747-z

Jurnal məlumatı: Təbiət 

Çin Elm və Texnologiya Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir