碳載單原子催化劑在多相催化領域受到廣泛關注。但是，在碳載單原子催化劑合成過程中，大量單原子被嵌入到碳基底或微孔孔道中，引起傳質限制，導致催化性能降低。另外，碳載單原子催化劑通常是以納米/微米級的粉末態存在，在實際應用中需要添加膠黏劑，通過壓片、擠條等手段成型，這一過程會導致催化劑孔道堵塞，活性位點包埋，大幅降低催化劑的效率。
設計具有多級孔結構的成型碳載單原子催化劑，有望解決上述問題。青島能源所王光輝研究員帶領的多孔催化材料研究組開發了一種雙模板策略，制備了成型的氮摻雜介孔碳納米線負載的Pt單原子催化劑（Pt1/NMCW）。該催化劑具有豐富的介孔和大孔，有利于活性位點暴露和反應傳質。相關研究發表在Nano Research《納米研究》上。
圖1 雙模板法合成Pt1/NMCW催化劑的示意圖
該策略以三嵌段共聚物（Pluronic F127）為軟模板，合成了一維介孔碳納米線負載的Pt單原子，可以暴露更多的Pt活性位點；以KCl晶體作為硬模板，形成了有利于傳質的大孔結構。由于其結構優勢，Pt1/NMCW在液相加氫過程中表現出優異的催化性能，優于未使用KCl模板合成的成型催化劑的活性，并且與納米級粉末催化劑（納米碳球負載的Pt單原子）的活性相當。該研究為碳載單原子催化劑傳質效率的提高和活性位點的暴露，提供了一種有效途徑，在多相催化領域具有潛在的應用價值。
該論文的第一作者是青島能源所的田正斌博士，通訊作者是青島能源所的王光輝研究員。上述工作得到國家自然科學基金，所內合作基金等項目的資助。
Zhengbin Tian, Xiaohui Deng, Ping He, Guang-Hui Wang*. Atomic Pt anchored on hierarchically porous monolithic carbon nanowires as high-performance catalyst for liquid hydrogenation. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5118-4.
