大会邀请报告 Plenary Lectures

负载型金属催化剂——从纳米到亚纳米和单原子 张涛 中国科学院大连化学物理研究所，大连，116023 Email: taozhang@dicp.ac.cn 催化技术在能源转化、石油化工、环境污染控制、精细化工等诸多领域发挥着巨大作用，据统计，在发达国家由催化技术直接和间接贡献的GDP达到20-30％。负载型金属催化剂则是应用最为广泛的催化剂类型之一。随着催化科学的发展，特别是原子尺度高分辨显微技术、各种原位动态光谱表征技术、以及计算化学的发展，对于负载型金属催化剂的认识和可控制备已经从传统的纳米尺度深入到亚纳米甚至单原子尺度。制备单原子分散的负载型金属催化剂不仅可最大限度提高金属特别是贵金属原子利用率，而且对于从原子/分子尺度理解复杂的多相催化反应、开发单一活性位催化的高选择性反应、以及构建均相和多相催化反应的桥梁都具有非常重要的意义，从而使得单原子催化成为当今催化科学的最前沿课题之一。本报告将以氧化铁负载的Au、Pt、Ir单原子催化剂和Au-Pd、Zn-Pd合金单原子催化剂为例，介绍单原子催化剂的可控合成、先进表征技术、以及在CO氧化、水煤气变换、乙炔选择加氢、和C-C、C-N偶联反应中的独特催化行为和构效关系，并对单原子催化、亚纳米催化以及纳米催化在航天航空推进技术领域的应用前景进行展望。 关键词：金属催化剂；单原子催化；合金催化剂；推进剂催化分解；多相催化 参考文献 [1] Qiao, B.; Wang, A.; Yang, X.; Allard, L. F.; Jiang, Z.; Cui, Y.; Liu, J.; Li, J.; Zhang, T. Nature Chem. 2011, 3: 634. [2] He, L.; Huang, Y.; Wang, A.; Wang, X.; Chen, X.; Delgado, J. J.; Zhang, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51: 6191. [3] Lin, J. ; Qiao, B.; Liu, J.; Huang, Y.; Wang, A.; Li, L.; Zhang, W.; Allard, L.; Wang, X.; Zhang, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51: 2920. [4] Yang, X.; Wang, A.; Qiao, B.; Li, J.; Liu, J.; Zhang, T. Acc. Chem. Res. 2013, 46:1740. [5] Lin, J.; Wang, A.; Qiao, B.; Liu, X.; Yang, X.; Wang, X.; Liang, J.; Li, J.; Liu, J.; Zhang, T. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135: 15314. [6] Zhang, L.; Wang, A.; Miller, J. T.; Liu, X.; Yang, X.; Wang, W.; Li, L.; Huang, Y.; Mou, C. Y.; Zhang, T. ACS Catal. 2014, 4: 1546.   Supported Metal Catalysts: From Nano to Subnanoand Single Atoms Tao Zhang State Key Laboratory of Catalysis, Dalian Institute of Chemical Physics, 457 Zhongshan Road, Dalian, 116023, China. Catalytic technology plays a key role in energy conversion, petrochemical industry, emission control, and fine chemicals production, and it is estimated that the contributions by catalytic technology account for 20-30% of the GDP in developed countries. Supported metal catalyst is one of the most widely used catalysts. With the development of catalysis science, in particular the advances of atom-resolution electron microscopy, in situ/operando characterization spectroscopy, as well as theoretical chemistry, the understanding and controllable synthesis of supported metal catalysts are now refined from nanometer scale to subnanometer and even to single atoms. Single-atom catalysts are not only able to maximize the utilization of metals (especially noble metals), but also of paramount importance to the molecular/atomic level understanding of heterogeneous catalysis, to exploration of highly selective reactions catalyzed by single sites, and to bridging heterogeneous and homogeneous catalysis. Therefore, single-atom-catalysis is now emerging as one of frontiers in catalysis science. In this presentation, taking FeOx-supported Au, Pt, and Ir single-atom catalysts and Au-Pd, Zn-Pd alloyed single-atom catalysts as examples, I will demonstrate the controllable synthesis of single-atom catalysts, advanced characterization techniques probing the structures, and unique catalytic performances of single-atom catalysts in a variety of industrially important reactions such as CO oxidation, water-gas-shift reaction, selective hydrogenation of acetylene, and C-C and C-N coupling reactions. Finally, we will give remarks and outlooks regarding the applications of nano, subnano, and single-atom catalysts in the field of energy conversion, in particular in the field of space propulsion.
	张涛	张涛，男，1963年生，理学博士，研究员，博士生导师。现任中国科学院大连化学物理研究所所长。长期从事工业催化的研究，负责研制的新型催化剂应用于我国航天、航空、石油化工领域，三次获国家技术发明二等奖。近期主要从事航天无毒推进剂催化分解技术、环保催化及催化新材料等方面的研究。已培养毕业研究生63人，发表论文310余篇（SCI收录），他引5200余次；申请发明专利100余件（国际专利12件，共授权65件）。主编国家标准一项。 主要的学术兼职有：973项目首席科学家，国家863计划专题专家组副组长，中国空间科学学会常务理事、空间材料专业委员会副主任，国际空间推进会议学术委员，中国化学会催化委员会委员，中法可持续能源联合实验室中方主任，Mössbauer Effect Data Center主任， Applied Catalysis B: Environmental、Industrial & Engineering Chemistry Research、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、ChemPhysChem编委或顾问编委，Mössbauer Effect Reference and Data Journal主编，《催化学报》副主编，《空间推进》编委会副主任， 曾被国家人事部和国防科工委授予“全国国防科技先进工作者”称号，获中国科学院“参加载人航天工程突出贡献者”称号，是“首批新世纪百千万人才工程国家级人选”。2003年获国家自然科学杰出青年基金，2008年获中国催化青年奖，2009年，获全国“五一劳动奖章”和周光召基金会“应用科学奖”，所带领团队获中国科学院杰出科技成就奖。2012年当选英国皇家化学会会士。2013年当选为中国科学院院士。 课题组：http://www.dicp.ac.cn/gkjj/xrld/zt/