❶ 如何定義單原子催化劑
單原子分子就是直接由一個原子構成的分子。
通常情況下只有稀有氣體單質（目前只有氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）、氡（Rn），不考慮沒有得到聚集形態的118號元素（Uuo），固態非金屬及一般金屬都不屬於單原子分子，但一些金屬蒸汽由於原子基本獨立存在，可認為是單原子分子，金屬是直接由原子構成的，由原子鍵相互連接。
它的每一個原子看作為一個分子，與雙原子分子以及多原子分子不同的是，它的化學性質直接由原子保持。
❷ 單原子分子和原子之間的關系是什麼
現在，各種系統都可以用來探索量子感測和量子信息處理的實現。分子是由原子組成的系統，原子群可以旋轉和振動，從而產生獨特的性質。所以分子可以處於相當大的能量跨度不同的量子態，能級之間的頻率差可以達到數百太赫茲從接近零(每秒100萬億次)的光學頻率，所以分子可以用作介質，用於不同量子系統的匹配和通信頻率，實現復合量子系統和信息處理平台。另外，極性分子可以在很長的范圍內相互作用，這有利於實現新的量子信息處理平台。相關性質在量子計算和一些量子精度測量中有著重要的應用。
工業上使用的催化劑一般需要先經過高溫焙燒和還原。其目的是遵循這一原理，使催化劑中分散性高、粒徑小的金屬團簇聚集在一起，使催化劑更穩定。然而，現有的證據表明，與預期相反，許多單原子催化劑表現出比納米顆粒更高的結構和反應穩定性。原因尚不清楚，但可能是由於進入載流子晶格的單個金屬原子結構相對穩定。金屬原子也可能落入缺陷部位，因為缺陷部位結合單個原子的能力高於納米顆粒。
❸ 單原子催化 為什麼集中於貴金屬
單原子催化 為什麼集中於貴金屬
貴金屬催化劑(precious metal catalyst)一種能改變化學反應速度而本身又不參與反應最終產物的貴金屬材料。幾乎所有的貴金屬都可用作催化劑，但常用的是鉑、鈀、銠、銀、釕等，其中尤以鉑、銠應用最廣。它們的d電子軌道都未填滿，表面易吸附反應物，且強度適中，利於形成中間「活性化合物」，具有較高的催化活性，同時還具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優良特性，成為最重要的催化劑材料。
❹ 納米催化和單原子催化有什麼不同
單原催化 集於貴金屬
貴金屬催化劑(precious metal catalyst)種能改變化反應速度本身參與反應終產物貴金屬材料幾乎所貴金屬都用作催化劑用鉑、鈀、銠、銀、釕等其尤鉑、銠應用廣d電軌道都未填滿表面易吸附反應物且強度適利於形間性化合物具較高催化性同具耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優良特性重要催化劑材料
❺ 單原子怎麼可以分散的好一些
加入單原子分散催化劑。單原子分散催化劑作為連接均相催化劑和多相催化劑的橋梁。
1、其具有多相催化劑穩定、易於與反應體系分離、方便反應體系表徵的優點。
2、具有均相催化劑活性中心結構均一、活性中心原子利用率百分之百、活性中心原子配位數低等優點，為催化機理研究提供了理想的模型體系。可以讓每一個單原子可以更加穩定、更加完整的分散。
❻ 催化劑有什麼神奇的作用
說起催化劑，人們似乎有些生疏。其實，幾千年來人們用來發面或釀酒的酵母就是一類叫做酶的生物催化劑。大家都知道，化肥的主要成分—氨是由氫原子和氮原子所組成。當把氫氣和氮氣混合在一起時，不管用多高的溫度、多大的壓力，即使經歷很長很長的時間，它們也不會變出多少氨來。但是，一旦在一定條件下與一種以鐵為主要成分的催化劑接觸後，它們很快就會合成氨了。這類能使反應速度成千上萬倍地改變，而本身並不消耗的物質，就叫做催化劑。日語中把這類物質形象地稱為「觸媒」，它就好像是在各種反應原料之間充當「媒人」，經過它的撮合，就有可能使反應大大加快。當然，這里有一個前提，就是這些反應原料之間本質上存在著發生反應的可能，也就是說本來就「有緣」。假如這些物質風馬牛不相及，根本不存在結合的可能，那麼再大本事的「媒人」（催化劑）也是無能為力的。可以毫不誇張地說，幾乎所有的石油煉制與化工過程都離不開催化劑，石油煉制與化工技術的進展幾乎都是得益於新型的、更高效的催化劑的問世。
催化劑石油煉制與化工生產過程中所用催化劑的種類繁多，它們大多為固態，也有的是液態或氣態。它們的共同要求是具有較高的活性、較好的選擇性和較持久的穩定性。作為催化劑首先必須要有較高的活性，也就是說要能最大限度地提高所需要的反應的速度，希望能在幾分鍾內，甚至幾秒鍾內完成反應。對於同樣的反應原料，它們之間可能發生若干種不同的反應，而人們往往只要求加速其中某幾種反應，對其他所謂副反應則不希望加速，這就是要求催化劑具有較高的選擇性，以取得盡可能多的目的產物。再者，催化劑耗費是產品成本中很重要的一項，有些以鉑、鈀等貴金屬為原料的催化劑則更加昂貴，所以就要求催化劑的性能穩定，壽命盡可能的長一些，那樣不僅可以降低成本，還可避免因頻繁更換催化劑而浪費時間。
催化劑的種類很多，主要包括金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、金屬硫化物催化劑、固體酸催化劑、金屬有機化合物催化劑等等。在石油煉制與化工生產過程中所用的催化劑的成分往往並不是單一的，而是由載體、活性成分和助催化劑等所組成，其中任何一種成分的性質及其含量都會對催化劑的性能產生影響。所以，催化劑的研製是一項技術性很強的工作，每一步都得非常精心地操作，各種條件上任何微小的變動都有可能會顯著改變催化劑的性能。在這方面每年都有大量獲得專利保護的技術成果，可以說是石油煉制與化工方面技術創新最為活躍的領域。
❼ 單原子催化在催化上究竟是曇花一現還是發展新趨勢
單原子催化 為什麼集中於貴金屬 貴金屬催化劑(precious metal catalyst)一種能改變化學反應速度而本身又不參與反應最終產物的貴金屬材料。幾乎所有的貴金屬都可用作催化劑，但常用的是鉑、鈀、銠、銀、釕等，其中尤以鉑、銠應用最廣。
❽ 單原子催化在催化上究竟是曇花一現還是發展新趨勢
近年來，單原子催化（Single-Atom Catalysis）研究發展迅速。近日，化學工程新聞（Chemical & Engineering News，C&EN）發表「催化走向原子極限——化學家將單原子催化劑從異想天開發展為現實」（Taking catalysis to the atomic limit—Chemists advance single-atom supported catalysts from farfetched idea to reality）對其進行專題評述。這是五年來C&EN對單原子催化研究的第四次專題評述，前三次是對單項研究工作的評論，此次為對近幾年單原子催化發展狀況的綜合評述。「單原子催化」概念由大連化物所張濤院士研究組於五年前在國際上首次提出（Nat. Chem. 2011，3(8)，634-641），並先後受到C&EN（Single Atoms Mediate Reaction）與Nature China（Catalysis：no really, it』s fine）的亮點評述，該代表性論文5年被引用近400次，Nature Chemistry 2011年以來非綜述類文章引用總排名第8位。該評述文章詳細論述了單原子催化概念的起源、發展及前景。如評論文章所述：五年前，固體表面的單個原子可以進行催化對於很多科學家而言是很奇特的想法。以張濤研究組為代表的少數幾個研究組在這一領域進行了探索，發現單原子催化劑不僅可以進行催化，而且與傳統催化劑相比具有很多優勢。在此基礎上，國際研究紛紛跟進，單原子催化研究得到迅速發展。單原子催化的快速發展使劍橋大學John Meurig Thomas爵士認為單原子催化應用「未來看起來很光明」。2016年夏天，張濤、清華大學李雋教授和亞利桑那州立大學劉景月教授共同主辦了首屆「單原子催化國際研討會」，吸引了近十個國家300餘位專家學者參會，充分顯示了單原子催化的受關注程度。該評述文章結尾很好地展現了單原子催化研究的神奇發展過程：「僅僅幾年前，負載型催化劑能夠通過單個原子的活動起作用的想法聽上去牽強附會、遙不可及，但現在研究人員已經開始討論大批量生產單原子催化劑的可行性。幾年的變化多大啊！」美國化學會化學工程新聞（Chemical & Engineering News，C&EN）評選出了2016年度化學化工領域「十大科研成果」。大連化物所張濤院士團隊在國際上首次提出的「單原子催化」入選其中，這也是今年唯一入選該榜單的中國科學家的研究成果。張濤團隊於2011年首次合成了單原子鉑催化劑Pt1/FeOx （Nat.Chem.,2011,3(8),634-641），發現單原子催化劑在CO氧化反應中表現出優異的催化性能，並在此基礎上提出了「單原子催化」概念（Acc.Chem.Res.,2013,46(8),1740-1748）。之後的幾年中，該團隊進一步拓展了單原子催化劑的種類及催化反應，包括將單原子催化劑用於水煤氣變換反應(J.Am.Chem.Soc.,2013,135(41),15314-15317)，開拓了單原子/准單原子催化劑在芳香硝基化合物選擇加氫反應中的應用（Nat.Commun.,2014,5,5634；Chem.Sci.,2016,7,5758-5764）和在烯烴氫甲醯化反應中的應用（Angew. Chem. Int. Ed.,2016,55,16054-16058）。與此同時，國際研究紛紛跟進，單原子催化研究得到迅速發展，在短短幾年內便迅速成為多相催化領域的研究熱點。2016年夏天，該研究組與清華大學、美國亞利桑那州立大學共同主辦了國際上首屆「單原子催化國際研討會」，該會議也是第十六屆「國際催化大會」的會前會之一，吸引了近十個國家300餘位專家學者參會，充分顯示了單原子催化的受關注程度，也進一步推動了「單原子催化」概念的發展。
❾ 催化劑的相關知識
生物學中的酶是具有高活性的蛋白分子。它的作用機理
有很多種，如趨近作用，親核作用，親電子作用等。
它具有高效性，專一性，條件性（條件嚴格，因為蛋白質容易變性）
而化學里講的催化劑只具有一般的催化作用，
其作用機理是降低化學反映的活化能。
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生化中酶的作用機理：
酶的作用機理
酶催化反應機理的研究是當代生物化學的一個重要課題。它探討酶作用高效率的原因以及酶反應的重要中間步驟。
酶原的激活(proenzyme activation)著重研究酶在激活——由無活性的酶原轉變成有活性的酶時構象發生的變化。
一、與酶的高效率有關的因素
據現在所知，重要的因素有以下幾個方面：
1．底物與酶的「靠近」(proximity)及「定向」(orientation)
由於化學反應速度與反應物濃度成正比，若在反應系統的某一局部區域，底物濃度增高，則反應速度也隨之增高。提高酶反應速度的最主要方法是使底物分子進入酶的活性中心區域，亦即大大提高活性中心區域的底物有效濃度。曾測到過某底物在溶液中的濃度為0.001mol/L，而在其酶活性中心的濃度竟達100mol/L，比溶液中的濃度高十萬倍！因此，可以想像在酶的活性中心區域反應速度必定是極高的。
「靠近「效應對提高反應速度的作用可以用一個著名的有機化學實驗來說明，如表4-12，雙羧酸的單苯基酯，在分子內催化的過程中，自由的羧基作為催化劑起作用，而連有R的酯鍵則作為底物，受—COO-的催化，破裂成環而形成酸酐，催化基團—COO-愈靠近底物酯鍵則反應速度愈快，在最靠近的情況下速度可增加53000倍。
但是僅僅「靠近」還不夠，還需要使反應的基團在反應中彼此相互嚴格地「定向」，見圖4-19。只有既「靠近」又「定向」，反應物分子才被作用，迅速形成過渡態。
當底物未與酶結合時，活性中心的催化基團還未能與底物十分靠近，但由於酶活性中心的結構有一種可適應性，即當專一性底物與活性中心結合時，酶蛋白會發生一定的構象變化，使反應所需要的酶中的催化基團與結合基團正確地排列並定位，以便能與底物楔合，使底物分子可以「靠近」及「定向」於酶，這也就是前面提到的誘導楔合。這樣活性中心局部的底物濃度才能大大提高。酶構象發生的這種改變是反應速度增大的一種很重要的原因。反應後，釋放出產物，酶的構象再逆轉，回到它的初始狀態。對溶菌酶及羧肽酶進行的X-衍射分析的實驗結果證實了以上的看法。Jenck等人指出「靠近「及「定向」可能使反應速度增長108倍，這與許多酶催化效率的計算是很相近的。
2．酶使底物分子中的敏感鍵發生「變形」(域張力)(distortion或strain)，從而促使底物中的敏感鍵更易於破裂。
前面曾經提到，當酶遇到它的專一性底物時，發生構象變化以利於催化。事實上，不僅酶構象受底物作用而變化，底物分子常常也受酶作用而變化。酶中的某些基團或離子可以使底物分子內敏感鍵中的某些基團的電子雲密度增高或降低，產生「電子張力」，使敏感鍵的一端更加敏感，更易於發生反應。有時甚至使底物分子發生變形，見圖4-20A，這樣就使酶-底物復合物易於形成。而且往往是酶構象發生改變的同時，底物分子也發生形變，見圖 4-20 B，從而形成一個互相楔合的酶-底物復合物。羧肽酶A的X-衍射分析結果就為這種「電子張力」理論提供了證據。
3．共價催化(covalent catalysis)
還有一些酶以另一種方式來提高催化反應的速度，即共價催化。這種方式是底物與酶形成一個反應活性很高的共價中間物，這個中間物很易變成過渡態，因此反應的活化能大大降低，底物可以越過較低的「能閾」而形成產物。
共價催化可以提高反應速度的原因需要從有機模式反應的某些原理談起，共價催化的最一般形式是催化劑的親核基團(nucleophilic group)對底物中親電子的碳原子進行攻擊。親核基團含有多電子的原子，可以提供電子。它是十分有效的催化劑。親核基團作為強有力的催化劑對提高反應速度的作用可由下面親核基團催化醯基的反應中看出：第一步，親核基團(催化劑Y)攻擊含有醯基的分子，形成了帶有親核基團的醯基衍生物，這種催化劑的醯基衍生物作為一個共價中間物再起作用；第二步，醯基從親核的催化劑上再轉移到最終的醯基受體上，
(1)親核基團(Y)催化的反應：
(2)非催化的反應：
這種受體分子可能是某些醇或水。第一步反應有催化劑參加，因此必然比沒有催化劑時底物與醯基受體的反應更快一些；而且，因為催化劑是易變的親核基團，因此如此形成的醯化催化劑與最終的醯基受體的反應也必然地要比無催化劑時的底物與醯基受體的反應更快一些，此兩步催化的總速度要比非催化反應大得多。因此形成不穩定的共價中間物可以大大加速反應。酶反應中可以進行共價催化的、強有力的親核基團很多，酶蛋白分子上至少就有三種，即圖4-21中所指出的絲氨酸羥基、半胱氨酸巰基及組氨酸的咪唑基。此外，輔酶中還含有另外一些親核中心。共價結合也可以被親電子基團(electrophilic group)催化，最典型的親電子
等也都屬於此類，它們可以接受電子或供出電子。
下面將通過共價催化而提高反應速度的酶，按提供親核(或親電子)基團的氨基酸種類，分別歸納如表4-13：
絲氨酸類酶與醯基形成醯基-酶；或與磷酸基形成磷酸酶，如磷酸葡萄糖變位酶。半胱氨酸類酶活性中心的半胱氨酸巰基與底物醯基形成含共價硫酯鍵的中間物。組氨酸類酶活性中心的組氨酸咪唑基在反應中被磷酸化。賴氨酸類酶的賴氨酸ε-氨基與底物羰基形成西佛鹼中間物。
4．酸鹼催化(acid-base ctatlysis)
有機模式反應指出，酸鹼催化劑是催化有機反應的最普遍的最有效的催化劑。
有兩種酸鹼催化劑，一是狹義的酸鹼催化劑(specific acid-base catalyst)，即H+與OH-，由於酶反應的最適pH一般接近於中性，因此H+及OH-的催化在酶反應中的重要性是比較有限的。另一種是廣義的酸鹼催化劑(general acid-base catalyst)，指的是質子供體及質子受體的催化，它們在酶反應中的重要性大得多，發生在細胞內的許多種類型的有機反應都是受廣義的酸鹼催化的，例如將水加到羰基上、羧酸酯及磷酸酯的水解，從雙鍵上脫水、各種分子重排以及許多取代反應等。
酶蛋白中含有好幾種可以起廣義酸鹼催化作用的功能基，如氨基、羧基、硫氫基、酚羥基及咪唑基等。見表4-14。其中組氨酸的咪唑基值得特別注意，因為它既是一個很強的親核基團，又是一個有效的廣義酸鹼功能基。
影響酸鹼催化反應速度的因素有兩個，第一個是酸鹼的強度，在這些功能基中，組氨酸咪唑基的解離常數約為6.0，這意味著由咪唑基上解離下來的質子的濃度與水中的[H+]相近，因此它在接近於生物體液pH的條件下，即在中性條件下，有一半以酸形式存在，另一半以鹼形式存在。也就是說咪唑基既可以作為質子供體，又可以作為質子受體在酶反應中發揮催化作用。因此，咪唑基是催化中最有效最活潑的一個催化功能基。第二個是這種功能基供出質子或接受質子的速度，在這方面，咪唑基又是特別突出，它供出或接受質子的速度十分迅速，其半壽期小於10-10秒。而且，供出或接受質子的速度幾乎相等。由於咪唑基有如此的優點，所以雖然組氨酸在大多數蛋白質中含量很少，卻很重要。推測它很可能在生物進化過程中，不是作為一般的結構蛋白成分，而是被選擇作為酶分子中的催化結構而存在下來的。
廣義的酸鹼催化與共價催化可使酶反應速度大大提高，但是比起前面兩種方式來，它們提供的速度增長較小。盡管如此，還必須看到它們在提高酶反應速度中起的重要作用，尤其是廣義酸鹼催化還有獨到之處：它為在近於中性的pH下進行催化創造了有利條件。因為在這種接近中性pH的條件下，H+及OH-的濃度太低，不足以起到催化劑的作用。例如牛胰核糖核酸酶及牛凝乳蛋白酶等都是通過廣義的酸鹼催化而提高酶反應速度的。
5．酶活性中心是低介電區域
上面討論了提高酶反應速度的四個主要因素。此外，還有一個事實必須注意，即某些酶的活性中心穴內相對地說是非極性的，因此，酶的催化基團被低介電環境所包圍，在某些情況下，還可能排除高極性的水分子。這樣，底物分子的敏感鍵和酶的催化基團之間就會有很大的反應力，這是有助於加速酶反應的。酶活性中心的這種性質也是使某些酶催化總速度增長的一個原因。
為什麼處於低介電環境中的基團之間的反應會得到加強？可以用水減弱極性基團間的相互作用來解釋。水的極性和形成氫鍵能力使它成為一種具有高度作用力的分子，水的介電常數非常高(表4-15)。它的高極性使它在離子外形成定向的溶劑層(oriented solvent shell)，產生自身的電場，結果就大大減弱了它所包圍的離子間的靜電相互作用或氫鍵作用。
上面介紹了實現酶反應高效率的幾個因素，但是並不能指出哪一種因素可以影響所有酶的全部催化活性。更可能的情況是：不同的酶，起主要影響的因素可能是不同的，各自都有其特點，可以受一種或幾種因素的影響。
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催化劑（化學中）的作用：
酶作用在於降低反應活化能（Energy of activation EACT）：
酶促反應速度比非催化反應高108~1020倍，比一般催化反應高107~1013。
化學反應速率依賴三個因素：碰撞頻率、能量因素、概率因素（有效碰撞）。
有效碰撞：能發生化學反應的分子間碰撞。
活化分子：能發生有效碰撞的分子。
活化能：在任何化學反應中，反應物分子必須超過一定的能閾，成為活化的狀態，才能發生變化，形成產物。這種比一般分子高出的能量或提高低能分子達到活化狀態的能量，稱為活化能。
從初態轉化為過渡態需要能量，即為活化能，活化能越大，中間產物越難形成，反應越難進行。
參考資料：網路知道