纳米石墨烯限域单原子铁催化剂研究取得新进展
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性 。 电流 只产 生 在边 界 或 表 面 极薄 的一 层 中 ， 可在低温下 自动产生 ，并且能量不会损耗 。
架 中 ，并结 合 多种 高分辨 探针 手段 ，首 次 直接
观察到石 墨烯 内嵌 Ｆ ｅ Ｎ ４ 中心 的原 子结构 。该 限
为 了更 好地 了解 铬 在掺 杂铋 锑碲 三 元化 合 物后 磁 化系 数如 此之 高 的原 因 ，科 学家 对其 进
中科 院大连 化物 所催 化 基础 国家重 点实 验 室邓德 会 副研究 员 和包信 和 院士带 领 的研 究 团 队在长 期研 究二 维催 化材 料 和纳米 限域 催 化 的
基 础上 ，成 功将 Ｆ ｅ Ｎ ４ 结构 限域在 纳米石墨 烯骨
体 ，如铬掺杂铋锑碲三 ＝ 元化合物来解决这一难题。 这 种 材料既 非导 体 ，也 非绝 缘体 ，它 的 内 部 是绝缘 的 ，但 是在 表面 或边 界却 拥有 金属 特
体 的相 互作 用往 往较 弱 ，易导致 自身 团聚 。此
外 ，由于 Ｆ ｅ Ｎ ４ 在碳材 料上 的结 构复杂性 ，一直 很难 通过 有 效手段 表征 或直 接观 察到 该活 性 中
心 的原子结构 。
料 ，是一 种 “ 硫磺混凝 土 ” 。硫磺代替水 作为黏
结剂 ，从而为未来 的火星居住者省下宝贵 的水 。 利用 模 拟 的火星 土壤 制造 出的这 种材 料 的
个彳 ： Ｉ Ｊ ｇ ， Ｉ ｊ ｉ
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ３ ｌ １ ｄ Ｔｃ ｃ ｈｎｏ ｌ ｏｇ ｙ Ｉ ｎｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ．
获 得这 种体 系还 需要 极度 低 温 的环 境 和大 型外
…
部磁场 。
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警
一
这 些 发现对 低 耗能 电子 产 品研 发可 能产 生 至关 重要 的作用 。“ 希望这一成果 未来可 以带来
研 究组 ，加 拿大 光源 ，上海 同步 辐射 光源 ，以
强度 是有 时被 用在 地球 上建 筑物 中的硫磺 混凝
土 的两 倍 。同时 ，新 材料 能在 １ 个 小 时 内凝 固 ， 而 通 常 的混 凝 土 需 要 一 两 天 。 唯 一 的风 险在 于 ，它会 在极 高 的温度 下熔 化 。研 究 人员 希望
已有研究表 明配 位 不饱 和 的铁 中心 可 以表
现 出 比贵 金 属 更 高 的 催 化 反 应 活 性 。如 在 生
物 体 内 ，在 细胞 色 素 和 甲烷 单 加 氧 酶 的催 化
反 应 中 ，有 机 配 体 和 蛋 白质 可 以 有 效 地 限域
低 价 铁 中心 ，使 其 保 持 良好 的 结 构 柔 韧 性 和 材 料 的 铁 磁 特 性 —— 或 者 说 高 磁 化 系数
该 研究 团队经过 五 年多 的探 索 ，通过 高能 球磨 酞菁 铁 分子 与石 墨烯 纳米 片 ，通 过控 制球 磨条件 ，巧妙地利用 Ｎ 原 子与石 墨烯的 ｃ 原子形 成 强 的共 价 键 ，使得 Ｎ原 子作 为一 个 “ 锚 ”来 稳定 配位 不饱 和 的铁 中心 。通过 与东 南大 学孙 立 涛教 授研 究组 ，中科 院物理所 李建 奇研 究员
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在室 温下操作 的新 材料 的发 明。 ” 日本广 岛大学 教授 、研究组成员木村章男说 。
（ 来 源 ：手 机 人 民 网 ）
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１ ９ ８ ０ 年代 ，研 究人 员第 一次 发 现 了电流 在
２ ０ １ ５ ， １ （ １ １ ） ： ｅ １ ５ ０ ０ ４ ６ ２ ） 上。
结 果 发现 ，其 中 的铬扮 演着 一个 原 子大 小
的微小 磁体 的角 色 。不过 尽管 这一元 素 的南 北 磁极 以一种 有助 于磁 化 的方式 排列 ，但 由于原
子太 过分 散 ，无 法真 正实 现磁 化 。这 时材料 中 的无 磁性 原 子锑 和碲 在铬 原子 中起 到 了促进 磁 化 的媒介作用 。
— —
高 效 的催 化 活 性 。而 类 似 的 配 位 不 饱 和铁 中 心催 化剂在 多相 催化 中 的应用 却极具 挑 战 。
早在上世纪 ６ ０ 年 代 ，众 多 科 学 家 就 开 始 尝 试
使得 电流 产生 。研 究人 员在 １ ９ ８ ０ 年代 首次
发现 了 电流可 以沿边 界运 动 ，而 不产 生能 量损
耗 的效应 ，即 “ 量子霍 尔效应 ” 。直到 如今 ，要
３ ２ ２ ０ １ ６ 年第 １ ３卷 第 １ 期 （ 总第 ７ ０期 ）
将 具有 Ｆ ｅ Ｎ ４ 活性 中心 的有机 大环配合 物 的分
付 仅 １ 声思
Ｓｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃ ｈｎｏｌ ｏ￣ ｖ Ｉ ｎｆ ｏｒ ｍａ ｔ ｉ ｏｎ 子 负 载在碳 材料 上 ，用 于燃料 电池及 传 统多 相
催 化 中分子 氧 的活化 ，但是 Ｆ ｅ Ｎ ４ 大环 分子与 载
是一 个 可行 的选 择 。据美 国 《 大西 洋月 刊》 日
前报 道 ，为 此 ，工程 师研发 了一 种完 全 由能 在 火星上找到 的成分制成 的新建筑材料 。 这种在 预 印本 服务器 ａ ｒ Ｘ ｉ ｖ 上 得到描 述 的材
行 了检 验 。
域 结构有 效地维 持 Ｆ ｅ 原 子配位 不饱 和状态 ，使
其 具有 优异 的催 化活 性 和稳定 性 ，能够 在 室温
零 度高 选择 性地 催化 氧化 苯生 成苯 酚 。相关 结 果 近 日发 表 在 《 科 学进展 》 （ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ，
不丢 失 能量 的情况 下在 边界 运 动 的效 应 ，称 为
“ 量子 霍尔 效 应” 。但 直到 现在 ，这 种 系统 的获 得仍然需要低温环境和大型外部磁场 。
而 此 次 研究 人 员尝试 运用 铁磁性 拓 扑绝 缘
纳 米石 墨烯 域 单原 孑铁 催 剩石 哥 宄取 得 新 递展
架 中 ，并结 合 多种 高分辨 探针 手段 ，首 次 直接
观察到石 墨烯 内嵌 Ｆ ｅ Ｎ ４ 中心 的原 子结构 。该 限
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基 础上 ，成 功将 Ｆ ｅ Ｎ ４ 结构 限域在 纳米石墨 烯骨
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外 ，由于 Ｆ ｅ Ｎ ４ 在碳材 料上 的结 构复杂性 ，一直 很难 通过 有 效手段 表征 或直 接观 察到 该活 性 中
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该 研究 团队经过 五 年多 的探 索 ，通过 高能 球磨 酞菁 铁 分子 与石 墨烯 纳米 片 ，通 过控 制球 磨条件 ，巧妙地利用 Ｎ 原 子与石 墨烯的 ｃ 原子形 成 强 的共 价 键 ，使得 Ｎ原 子作 为一 个 “ 锚 ”来 稳定 配位 不饱 和 的铁 中心 。通过 与东 南大 学孙 立 涛教 授研 究组 ，中科 院物理所 李建 奇研 究员
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而 此 次 研究 人 员尝试 运用 铁磁性 拓 扑绝 缘
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