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中国科学技术大学路军岭教授团队创新性地将前线分子轨道理论引入单原子催化剂设计中，成功研发出高活性、高稳定性的单原子加氢催化剂。该研究为催化剂设计提供了新理论模型，有望加快高性能催化剂的开发进程。

　　记者2日从中国科学技术大学获悉，该校路军岭教授团队与国内同行合作，创新性地将前线分子轨道理论引入单原子催化剂设计中。研究团队成功研发出兼具高活性和高稳定性的单原子加氢催化剂，这一突破性应用为前线分子轨道理论在多相催化领域提供了实验佐证。相关研究成果已在线发表在国际权威期刊《自然》上。

　　单原子催化剂因最大化的金属原子利用率、独特的量子化电子结构及物理化学性质，在能源转化、环境治理等多个领域展现出巨大潜力。自中国科学家率先提出单原子催化概念后，该领域迅速成为国际催化研究的热点。

　　然而，当前研究大多仅将催化剂的活性与稳定性与金属原子价态相关联，鲜有在电子轨道层面进行深入解析和设计。因此，建立一个能够全面描述单原子催化剂活性和稳定性的理论模型显得尤为重要。

　　研究团队在14种半导体载体表面构建了34种钯单原子催化剂，并通过调控载体种类与尺寸，精准调控了载体最低未占分子轨道（LUMO）能级位置。利用紫外可见吸收谱和莫特-肖特基测试，团队实现了对LUMO能级位置的精确测量。高分辨率电镜观察确认了钯原子的原子分散状态，而红外和光电子能谱表征则揭示了氧化物尺寸减小与钯原子价态变化及电子相互作用的增强关系。

　　研究发现，当氧化锌、氧化钴等载体尺寸降至纳米级时，钯单原子催化剂的活性显著提升，增幅超过20倍，并展现出更出色的稳定性。更重要的是，催化剂的活性与其价态无直接关联，而与载体的LUMO能级位置呈线性关系。

　　研究人员指出，该研究为高活性、高稳定性单原子催化剂的设计开辟了新的理论路径，有望为人工智能高通量筛选催化剂提供理论基础，加速高性能催化剂的开发进程，推动其工业化应用。

（文章来源：科技日报）