撰稿 / 陳宣豪 (科學推展中心特約編輯)
圖1. 合成單金屬和多金屬SAC
高效觸媒（Catalysts）是催化反應研究重要方向之一，其中金屬觸媒則有高活性、高穩定等優勢，被廣泛應用於各種工業及電化學催化反應。而單原子催化劑（Single-atom catalysts；SACs），具有易分離、優異回收性，以及易於多相催化劑和高度均勻的活性中心，具有最大的金屬原子利用效率，在各催化領域受到越來越多的關注。
目前學界已開發出數種應用於電催化、熱催化、光催化等等的SACs，具有金屬表面無法實現的顯著催化活性及選擇性。不過即便SAC研究激增，但仍存在一些巨大挑戰。首先，缺乏統一原則來規範SAC的組合。尤其每一不同的金屬中心具有不同的化學及電子特性，無法簡單地完成SAC合成。
其次，雖然SACs獨特的局部結構有助於深入理解催化過程中內在結構及性能間關係，但因為缺乏對SAC形成機制的全面性瞭解，無法去調節SAC局部結構，如鍵長、氧化態、配位數（CN）和配位陰離子。
淡江大學尖端材料科學學程助理教授王孝祖分享其研究指出，團隊是將金屬前體（metal precursor）、鹽酸羥胺和葡萄糖溶解於乙醇水溶液中，在這過程，金屬複合物將被葡萄糖主鏈有效分離，確保後續碳化過程可均勻分布金屬中心，再將溶液放置於70°C乾燥12小時，高溫碳化後，熱解的金屬複合物會轉化為單金屬。
最後的研究成果除了成功運用元素週期表中的37種單金屬，合成出單原子催化劑，建立最大的資料庫，更重要的是，研究團隊利用同步輻射技術，分析各一單金屬單原子觸媒與其價數、鍵長、配位數等，完成一系列研究與分析，為單原子研究上提供完整、詳細且微觀上的原子與電子結構。
同時根據分析結果，成功在同一個材料當中，合成出含有12種不同多金屬的單原子催化劑，完成一SACs資料庫，涵蓋單金屬到負和濃度多金屬，並透過相關大數據來提供一原則去瞭解每一不同類型SACs活性中心及位置，可用於未來催化劑合成的合理參考，同時激發對SACs更深度的瞭解，對於未來科學研究，可能發展出更複雜的多金屬相研究，或SACs的發現及優化研究領域，如利用SAC組合元素來控制SAC合成及活性。
參考文獻
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