第一作者：Shuhui Liu

通讯作者：Wei Liu

通讯单位：Dalian Institute of Chemical Physics

研究内容：

金属载体催化剂中原子的分散对催化剂的催化性能起着至关重要的作用。由于实际催化剂通常存在结构多样性，如单原子、团簇和颗粒共存，传统的光谱方法，包括化学吸附、滴定和X射线吸收，只能提供原子分散的平均描述，而不能区分局域结构发散。通过发展一种基于电子显微镜的原子识别统计方法(EMARS)，通过对Pt/Al₂O₃工业重整催化剂的18000+Pt原子进行统计，重新定义了真实空间中原子精度的催化剂分散度。EMARS结果与原位显微镜证据相结合，揭示了芳烃生成活性与铂单原子密度之间的定量关系，而铂团簇在氧化气氛下受热时没有直接活性，但可以动力学地转变为单原子。与EMARS相比，传统的氢氧滴定方法与实际活性相比，在铂的分散中会产生严重的偏差。EMARS对金属分散定量的独特能力为通过原子分辨统计直接识别实际催化剂中不同金属物种的催化作用提供了可能。

要点一：

作者通过EMARS方法提供了一种独特的能力，通过原子精度的大规模统计，实现金属在负载型催化剂中的分散。提供了通过原子分辨统计直接确定不同金属种类在实际催化剂中的催化作用的可能性。

要点二：

作者通过对大量电子显微镜图像的分析，实现了铂原子的识别以及原子精度的色散统计。采用区分频率滤波原子识别策略，避免了由于载体厚度(Al₂O₃)和聚焦高度(Pt)的随机变化而引起的电子散射在真实空间的图像对比度起伏不定的缺点。

图1.演示基于电子显微镜的原子识别统计(EMARS)与整体光谱方法相比在金属负载催化剂分散分析中的优势。

图2.EMARS分析程序在铂/氧化铝转化催化剂HAADF图像上的可视化性能:(a)原始HAADF图像，包含铂单原子和簇，比例尺为5纳米；(b)在图像中用红色突出显示的识别结果；(c)所识别的铂单原子坐标的图形显示；铂单原子和簇的分离；以及(f)Al₂O₃支撑的轮廓识别。

图3.用电子探针和热重法定量分析了铂的种类分布与芳烃生产催化活性的关系。标准化催化活性和铂物种分散。相对于活动的分散计算的偏差。高性能(粉色)、中性能(青色)和低性能(蓝色)催化剂的铂-铂原子距离的总体分布；还导出了关于随着距离的增大，铂原子的积分贡献对活性的偏离的曲线(绿色)。铂簇中所含原子数的直方图。

图4.原位显微镜跟踪铂原子的氧化驱动再分散。(a-f)当在空气中分别在400℃和500℃下处理时，来自两个位置的区域1-3呈现从簇到铂单原子的相同分散趋势。特别是对于区域0，(g)放大的HAADF图像揭示了铂原子向结晶粒子的显著反向聚集行为。(h)从(g)积分的归一化电子散射强度分布图显示了随着温度的升高铂原子的浓度趋势，产生了促进的结晶度和增加的散射强度。

参考文献

Liu, S., et al. (2021). "Identify the Activity Origin of Pt Single-Atom Catalyst via Atom-by-Atom Counting." J Am Chem Soc 143(37): 15243-15249.