日前，环境科学与工程学院宁平教授团队与中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队在金属锚定机制以及单原子催化领域取得重要进展。该研究成果以“Capture of single Ag atoms through high-temperature-induced crystal plane reconstruction”为题，发表在国际顶级学术期刊Nature Communications上。昆明理工大学为该论文第一作者单位，环境科学与工程学院王飞副教授和中国科学院生态环境研究中心马金珠研究员为论文的共同通讯作者，硕士研究生李嘉欣和李凯教授为共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金和云南省基础研究计划等项目的资助。

“端羟基锚定机制”在金属氧化物（Al2O3, CeO2）以及多种贵金属和过渡金属（Ag, Pt, Pd, Cu, Ni, Fe, Mn, Co）上已经有了大量的研究，但如何调节端羟基的含量来影响活性物种的分散，从而达到最佳的催化性能，仍然存在一定空白。本文利用AlOOH作为γ-Al2O3的前驱体，通过控制煅烧温度，诱导γ-Al2O3的暴露晶面从（110）晶面转变为（100）晶面，从而产生更多的端羟基来锚定Ag物种。结合AIMD和DFT的实验结果表明，温度可以驱动（110）晶面上原子发生重排，从而形成与（100）晶面类似的原子排列结构。这导致载体在高温煅烧过程中形成了更多的端羟基，成功地捕获Ag物种以单原子形式分散在γ-Al2O3上，最终开发出稳定高效的单原子Ag基催化剂。

本研究亮点主要包括以下三点：（1）本工作发现了不同温度下，γ-Al2O3不同晶面的表面能存在显著差异，高温焙烧可以诱导暴露晶面由（110）转变为（100）晶面；（2）γ-Al2O3表面羟基类型存在晶面依赖性，γ-Al2O3（100）晶面上存在更多的端羟基，丰富的端羟基使得Ag物种呈现单原子分散，并在C3H6-SCR和臭氧分解反应中表现出优异的活性和热稳定性；（3）晶面转变诱导生成的端羟基可实现Ag单原子的原位捕捉锚定，从而开发出稳定高效的单原子Ag基催化剂。

高温晶面转变过程

羟基含量变化与煅烧温度的关系

Ag物种的分散性变化

原位捕获Ag单原子

团队主要从事环境催化功能材料的研究与设计、移动源/固定源废气净化及资源化利用。近年来，已在Nat. Commun.（2篇）, Angew. Chem. Int. Ed., Environ. Sci. Technol.（2篇）, Appl. Catal. B Environ. Energ.（2篇）, ACS Catal.（2篇）等国内外权威学术期刊上发表了一系列高水平论文，获得了国内外广泛关注。

论文链接地址：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-47836-x