“十电子规则”为利用元素周期表设计高效的单原子合金催化剂提供了一种简单的方法，大大加快了复杂化学反应新催化剂的发现。来源:SciTechDaily.com
“十电子”规则为设计靶向化学反应的单原子合金催化剂提供了指导。
一个来自四所大学的合作团队发现了设计用于化学反应的单原子合金催化剂的一个非常简单的规则。“十电子规则”帮助科学家非常迅速地为他们的实验确定有前途的催化剂。催化剂的组成可以简单地通过查看元素周期表来提出，而不是大量的需要计算的计算机模拟的试错实验。
单原子合金是一类由两种金属制成的催化剂:在惰性金属(铜、银或金)中稀释几个被称为掺杂剂的活性金属原子。这项最新技术在加速化学反应方面非常有效，但传统模型无法解释它们是如何工作的。
简化催化剂设计
来自剑桥大学、伦敦大学学院、牛津大学和柏林洪堡大学的研究小组今天(1月23日)在《自然化学》杂志上发表了他们的研究成果。科学家们通过计算机模拟来揭示控制单原子合金催化剂如何工作的基本规律。
该规则显示了一个简单的联系:当掺杂物被十个电子包围时，化学物质与单原子合金催化剂的结合最强烈。这意味着设计实验的科学家现在可以简单地使用元素周期表上的列来找到哪些催化剂将具有所需的反应性质。
领导这项研究的安杰洛斯·米切利德斯教授小组的博士后研究员罗曼·雷默克鲁博士说:“当你进行一个困难的化学反应时，你需要一种性能最佳的催化剂。一方面，强结合催化剂可能会毒害并停止加速你的反应，另一方面，弱结合催化剂可能什么也不做。”
“现在我们可以通过查看元素周期表上的一列来确定最佳催化剂。这是非常强大的，因为规则很简单，可以加速发现特别困难的化学反应的新催化剂。”
影响及应用
牛津大学计算无机化学教授Stamatakis教授对这项研究做出了贡献，他说:“经过十年对单原子合金的深入研究，我们现在有了一个优雅、简单但强大的理论框架，可以解释结合能趋势，并使我们能够预测催化活性。”
利用这一规律，该团队提出了一种很有前途的催化剂，用于电化学版的哈伯-博世过程，这是合成肥料的关键反应，自1909年首次发现以来一直使用相同的催化剂。
朱莉娅·舒曼博士在剑桥大学启动了这个项目，现在在柏林的Humboldt-Universit?t工作，她解释说:“今天化学工业中使用的许多催化剂都是在实验室里用试错法发现的。通过更好地了解材料的性质，我们可以提出新的催化剂，提高能源效率，减少工业过程中的二氧化碳排放。”
参考文献:“单原子合金催化剂上吸附物结合的十电子计数规则”，作者:Julia Schumann, Michail Stamatakis, Angelos Michaelides和Romain r
ocreux, 2024年1月23日，Nature Chemistry。DOI: 10.1038 / s41557 - 023 - 01424 - 6
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