❶ 如何定义单原子催化剂
单原子分子就是直接由一个原子构成的分子。
通常情况下只有稀有气体单质（目前只有氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）、氡（Rn），不考虑没有得到聚集形态的118号元素（Uuo），固态非金属及一般金属都不属于单原子分子，但一些金属蒸汽由于原子基本独立存在，可认为是单原子分子，金属是直接由原子构成的，由原子键相互连接。
它的每一个原子看作为一个分子，与双原子分子以及多原子分子不同的是，它的化学性质直接由原子保持。
❷ 单原子分子和原子之间的关系是什么
现在，各种系统都可以用来探索量子传感和量子信息处理的实现。分子是由原子组成的系统，原子群可以旋转和振动，从而产生独特的性质。所以分子可以处于相当大的能量跨度不同的量子态，能级之间的频率差可以达到数百太赫兹从接近零(每秒100万亿次)的光学频率，所以分子可以用作介质，用于不同量子系统的匹配和通信频率，实现复合量子系统和信息处理平台。另外，极性分子可以在很长的范围内相互作用，这有利于实现新的量子信息处理平台。相关性质在量子计算和一些量子精度测量中有着重要的应用。
工业上使用的催化剂一般需要先经过高温焙烧和还原。其目的是遵循这一原理，使催化剂中分散性高、粒径小的金属团簇聚集在一起，使催化剂更稳定。然而，现有的证据表明，与预期相反，许多单原子催化剂表现出比纳米颗粒更高的结构和反应稳定性。原因尚不清楚，但可能是由于进入载流子晶格的单个金属原子结构相对稳定。金属原子也可能落入缺陷部位，因为缺陷部位结合单个原子的能力高于纳米颗粒。
❸ 单原子催化 为什么集中于贵金属
单原子催化 为什么集中于贵金属
贵金属催化剂(precious metal catalyst)一种能改变化学反应速度而本身又不参与反应最终产物的贵金属材料。几乎所有的贵金属都可用作催化剂，但常用的是铂、钯、铑、银、钌等，其中尤以铂、铑应用最广。它们的d电子轨道都未填满，表面易吸附反应物，且强度适中，利于形成中间“活性化合物”，具有较高的催化活性，同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性，成为最重要的催化剂材料。
❹ 纳米催化和单原子催化有什么不同
单原催化 集于贵金属
贵金属催化剂(precious metal catalyst)种能改变化反应速度本身参与反应终产物贵金属材料几乎所贵金属都用作催化剂用铂、钯、铑、银、钌等其尤铂、铑应用广d电轨道都未填满表面易吸附反应物且强度适利于形间性化合物具较高催化性同具耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性重要催化剂材料
❺ 单原子怎么可以分散的好一些
加入单原子分散催化剂。单原子分散催化剂作为连接均相催化剂和多相催化剂的桥梁。
1、其具有多相催化剂稳定、易于与反应体系分离、方便反应体系表征的优点。
2、具有均相催化剂活性中心结构均一、活性中心原子利用率百分之百、活性中心原子配位数低等优点，为催化机理研究提供了理想的模型体系。可以让每一个单原子可以更加稳定、更加完整的分散。
❻ 催化剂有什么神奇的作用
说起催化剂，人们似乎有些生疏。其实，几千年来人们用来发面或酿酒的酵母就是一类叫做酶的生物催化剂。大家都知道，化肥的主要成分—氨是由氢原子和氮原子所组成。当把氢气和氮气混合在一起时，不管用多高的温度、多大的压力，即使经历很长很长的时间，它们也不会变出多少氨来。但是，一旦在一定条件下与一种以铁为主要成分的催化剂接触后，它们很快就会合成氨了。这类能使反应速度成千上万倍地改变，而本身并不消耗的物质，就叫做催化剂。日语中把这类物质形象地称为“触媒”，它就好像是在各种反应原料之间充当“媒人”，经过它的撮合，就有可能使反应大大加快。当然，这里有一个前提，就是这些反应原料之间本质上存在着发生反应的可能，也就是说本来就“有缘”。假如这些物质风马牛不相及，根本不存在结合的可能，那么再大本事的“媒人”（催化剂）也是无能为力的。可以毫不夸张地说，几乎所有的石油炼制与化工过程都离不开催化剂，石油炼制与化工技术的进展几乎都是得益于新型的、更高效的催化剂的问世。
催化剂石油炼制与化工生产过程中所用催化剂的种类繁多，它们大多为固态，也有的是液态或气态。它们的共同要求是具有较高的活性、较好的选择性和较持久的稳定性。作为催化剂首先必须要有较高的活性，也就是说要能最大限度地提高所需要的反应的速度，希望能在几分钟内，甚至几秒钟内完成反应。对于同样的反应原料，它们之间可能发生若干种不同的反应，而人们往往只要求加速其中某几种反应，对其他所谓副反应则不希望加速，这就是要求催化剂具有较高的选择性，以取得尽可能多的目的产物。再者，催化剂耗费是产品成本中很重要的一项，有些以铂、钯等贵金属为原料的催化剂则更加昂贵，所以就要求催化剂的性能稳定，寿命尽可能的长一些，那样不仅可以降低成本，还可避免因频繁更换催化剂而浪费时间。
催化剂的种类很多，主要包括金属催化剂、金属氧化物催化剂、金属硫化物催化剂、固体酸催化剂、金属有机化合物催化剂等等。在石油炼制与化工生产过程中所用的催化剂的成分往往并不是单一的，而是由载体、活性成分和助催化剂等所组成，其中任何一种成分的性质及其含量都会对催化剂的性能产生影响。所以，催化剂的研制是一项技术性很强的工作，每一步都得非常精心地操作，各种条件上任何微小的变动都有可能会显着改变催化剂的性能。在这方面每年都有大量获得专利保护的技术成果，可以说是石油炼制与化工方面技术创新最为活跃的领域。
❼ 单原子催化在催化上究竟是昙花一现还是发展新趋势
单原子催化 为什么集中于贵金属 贵金属催化剂(precious metal catalyst)一种能改变化学反应速度而本身又不参与反应最终产物的贵金属材料。几乎所有的贵金属都可用作催化剂，但常用的是铂、钯、铑、银、钌等，其中尤以铂、铑应用最广。
❽ 单原子催化在催化上究竟是昙花一现还是发展新趋势
近年来，单原子催化（Single-Atom Catalysis）研究发展迅速。近日，化学工程新闻（Chemical & Engineering News，C&EN）发表“催化走向原子极限——化学家将单原子催化剂从异想天开发展为现实”（Taking catalysis to the atomic limit—Chemists advance single-atom supported catalysts from farfetched idea to reality）对其进行专题评述。这是五年来C&EN对单原子催化研究的第四次专题评述，前三次是对单项研究工作的评论，此次为对近几年单原子催化发展状况的综合评述。“单原子催化”概念由大连化物所张涛院士研究组于五年前在国际上首次提出（Nat. Chem. 2011，3(8)，634-641），并先后受到C&EN（Single Atoms Mediate Reaction）与Nature China（Catalysis：no really, it’s fine）的亮点评述，该代表性论文5年被引用近400次，Nature Chemistry 2011年以来非综述类文章引用总排名第8位。该评述文章详细论述了单原子催化概念的起源、发展及前景。如评论文章所述：五年前，固体表面的单个原子可以进行催化对于很多科学家而言是很奇特的想法。以张涛研究组为代表的少数几个研究组在这一领域进行了探索，发现单原子催化剂不仅可以进行催化，而且与传统催化剂相比具有很多优势。在此基础上，国际研究纷纷跟进，单原子催化研究得到迅速发展。单原子催化的快速发展使剑桥大学John Meurig Thomas爵士认为单原子催化应用“未来看起来很光明”。2016年夏天，张涛、清华大学李隽教授和亚利桑那州立大学刘景月教授共同主办了首届“单原子催化国际研讨会”，吸引了近十个国家300余位专家学者参会，充分显示了单原子催化的受关注程度。该评述文章结尾很好地展现了单原子催化研究的神奇发展过程：“仅仅几年前，负载型催化剂能够通过单个原子的活动起作用的想法听上去牵强附会、遥不可及，但现在研究人员已经开始讨论大批量生产单原子催化剂的可行性。几年的变化多大啊！”美国化学会化学工程新闻（Chemical & Engineering News，C&EN）评选出了2016年度化学化工领域“十大科研成果”。大连化物所张涛院士团队在国际上首次提出的“单原子催化”入选其中，这也是今年唯一入选该榜单的中国科学家的研究成果。张涛团队于2011年首次合成了单原子铂催化剂Pt1/FeOx （Nat.Chem.,2011,3(8),634-641），发现单原子催化剂在CO氧化反应中表现出优异的催化性能，并在此基础上提出了“单原子催化”概念（Acc.Chem.Res.,2013,46(8),1740-1748）。之后的几年中，该团队进一步拓展了单原子催化剂的种类及催化反应，包括将单原子催化剂用于水煤气变换反应(J.Am.Chem.Soc.,2013,135(41),15314-15317)，开拓了单原子/准单原子催化剂在芳香硝基化合物选择加氢反应中的应用（Nat.Commun.,2014,5,5634；Chem.Sci.,2016,7,5758-5764）和在烯烃氢甲酰化反应中的应用（Angew. Chem. Int. Ed.,2016,55,16054-16058）。与此同时，国际研究纷纷跟进，单原子催化研究得到迅速发展，在短短几年内便迅速成为多相催化领域的研究热点。2016年夏天，该研究组与清华大学、美国亚利桑那州立大学共同主办了国际上首届“单原子催化国际研讨会”，该会议也是第十六届“国际催化大会”的会前会之一，吸引了近十个国家300余位专家学者参会，充分显示了单原子催化的受关注程度，也进一步推动了“单原子催化”概念的发展。
❾ 催化剂的相关知识
生物学中的酶是具有高活性的蛋白分子。它的作用机理
有很多种，如趋近作用，亲核作用，亲电子作用等。
它具有高效性，专一性，条件性（条件严格，因为蛋白质容易变性）
而化学里讲的催化剂只具有一般的催化作用，
其作用机理是降低化学反映的活化能。
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生化中酶的作用机理：
酶的作用机理
酶催化反应机理的研究是当代生物化学的一个重要课题。它探讨酶作用高效率的原因以及酶反应的重要中间步骤。
酶原的激活(proenzyme activation)着重研究酶在激活——由无活性的酶原转变成有活性的酶时构象发生的变化。
一、与酶的高效率有关的因素
据现在所知，重要的因素有以下几个方面：
1．底物与酶的“靠近”(proximity)及“定向”(orientation)
由于化学反应速度与反应物浓度成正比，若在反应系统的某一局部区域，底物浓度增高，则反应速度也随之增高。提高酶反应速度的最主要方法是使底物分子进入酶的活性中心区域，亦即大大提高活性中心区域的底物有效浓度。曾测到过某底物在溶液中的浓度为0.001mol/L，而在其酶活性中心的浓度竟达100mol/L，比溶液中的浓度高十万倍！因此，可以想象在酶的活性中心区域反应速度必定是极高的。
“靠近“效应对提高反应速度的作用可以用一个着名的有机化学实验来说明，如表4-12，双羧酸的单苯基酯，在分子内催化的过程中，自由的羧基作为催化剂起作用，而连有R的酯键则作为底物，受—COO-的催化，破裂成环而形成酸酐，催化基团—COO-愈靠近底物酯键则反应速度愈快，在最靠近的情况下速度可增加53000倍。
但是仅仅“靠近”还不够，还需要使反应的基团在反应中彼此相互严格地“定向”，见图4-19。只有既“靠近”又“定向”，反应物分子才被作用，迅速形成过渡态。
当底物未与酶结合时，活性中心的催化基团还未能与底物十分靠近，但由于酶活性中心的结构有一种可适应性，即当专一性底物与活性中心结合时，酶蛋白会发生一定的构象变化，使反应所需要的酶中的催化基团与结合基团正确地排列并定位，以便能与底物楔合，使底物分子可以“靠近”及“定向”于酶，这也就是前面提到的诱导楔合。这样活性中心局部的底物浓度才能大大提高。酶构象发生的这种改变是反应速度增大的一种很重要的原因。反应后，释放出产物，酶的构象再逆转，回到它的初始状态。对溶菌酶及羧肽酶进行的X-衍射分析的实验结果证实了以上的看法。Jenck等人指出“靠近“及“定向”可能使反应速度增长108倍，这与许多酶催化效率的计算是很相近的。
2．酶使底物分子中的敏感键发生“变形”(域张力)(distortion或strain)，从而促使底物中的敏感键更易于破裂。
前面曾经提到，当酶遇到它的专一性底物时，发生构象变化以利于催化。事实上，不仅酶构象受底物作用而变化，底物分子常常也受酶作用而变化。酶中的某些基团或离子可以使底物分子内敏感键中的某些基团的电子云密度增高或降低，产生“电子张力”，使敏感键的一端更加敏感，更易于发生反应。有时甚至使底物分子发生变形，见图4-20A，这样就使酶-底物复合物易于形成。而且往往是酶构象发生改变的同时，底物分子也发生形变，见图 4-20 B，从而形成一个互相楔合的酶-底物复合物。羧肽酶A的X-衍射分析结果就为这种“电子张力”理论提供了证据。
3．共价催化(covalent catalysis)
还有一些酶以另一种方式来提高催化反应的速度，即共价催化。这种方式是底物与酶形成一个反应活性很高的共价中间物，这个中间物很易变成过渡态，因此反应的活化能大大降低，底物可以越过较低的“能阈”而形成产物。
共价催化可以提高反应速度的原因需要从有机模式反应的某些原理谈起，共价催化的最一般形式是催化剂的亲核基团(nucleophilic group)对底物中亲电子的碳原子进行攻击。亲核基团含有多电子的原子，可以提供电子。它是十分有效的催化剂。亲核基团作为强有力的催化剂对提高反应速度的作用可由下面亲核基团催化酰基的反应中看出：第一步，亲核基团(催化剂Y)攻击含有酰基的分子，形成了带有亲核基团的酰基衍生物，这种催化剂的酰基衍生物作为一个共价中间物再起作用；第二步，酰基从亲核的催化剂上再转移到最终的酰基受体上，
(1)亲核基团(Y)催化的反应：
(2)非催化的反应：
这种受体分子可能是某些醇或水。第一步反应有催化剂参加，因此必然比没有催化剂时底物与酰基受体的反应更快一些；而且，因为催化剂是易变的亲核基团，因此如此形成的酰化催化剂与最终的酰基受体的反应也必然地要比无催化剂时的底物与酰基受体的反应更快一些，此两步催化的总速度要比非催化反应大得多。因此形成不稳定的共价中间物可以大大加速反应。酶反应中可以进行共价催化的、强有力的亲核基团很多，酶蛋白分子上至少就有三种，即图4-21中所指出的丝氨酸羟基、半胱氨酸巯基及组氨酸的咪唑基。此外，辅酶中还含有另外一些亲核中心。共价结合也可以被亲电子基团(electrophilic group)催化，最典型的亲电子
等也都属于此类，它们可以接受电子或供出电子。
下面将通过共价催化而提高反应速度的酶，按提供亲核(或亲电子)基团的氨基酸种类，分别归纳如表4-13：
丝氨酸类酶与酰基形成酰基-酶；或与磷酸基形成磷酸酶，如磷酸葡萄糖变位酶。半胱氨酸类酶活性中心的半胱氨酸巯基与底物酰基形成含共价硫酯键的中间物。组氨酸类酶活性中心的组氨酸咪唑基在反应中被磷酸化。赖氨酸类酶的赖氨酸ε-氨基与底物羰基形成西佛碱中间物。
4．酸碱催化(acid-base ctatlysis)
有机模式反应指出，酸碱催化剂是催化有机反应的最普遍的最有效的催化剂。
有两种酸碱催化剂，一是狭义的酸碱催化剂(specific acid-base catalyst)，即H+与OH-，由于酶反应的最适pH一般接近于中性，因此H+及OH-的催化在酶反应中的重要性是比较有限的。另一种是广义的酸碱催化剂(general acid-base catalyst)，指的是质子供体及质子受体的催化，它们在酶反应中的重要性大得多，发生在细胞内的许多种类型的有机反应都是受广义的酸碱催化的，例如将水加到羰基上、羧酸酯及磷酸酯的水解，从双键上脱水、各种分子重排以及许多取代反应等。
酶蛋白中含有好几种可以起广义酸碱催化作用的功能基，如氨基、羧基、硫氢基、酚羟基及咪唑基等。见表4-14。其中组氨酸的咪唑基值得特别注意，因为它既是一个很强的亲核基团，又是一个有效的广义酸碱功能基。
影响酸碱催化反应速度的因素有两个，第一个是酸碱的强度，在这些功能基中，组氨酸咪唑基的解离常数约为6.0，这意味着由咪唑基上解离下来的质子的浓度与水中的[H+]相近，因此它在接近于生物体液pH的条件下，即在中性条件下，有一半以酸形式存在，另一半以碱形式存在。也就是说咪唑基既可以作为质子供体，又可以作为质子受体在酶反应中发挥催化作用。因此，咪唑基是催化中最有效最活泼的一个催化功能基。第二个是这种功能基供出质子或接受质子的速度，在这方面，咪唑基又是特别突出，它供出或接受质子的速度十分迅速，其半寿期小于10-10秒。而且，供出或接受质子的速度几乎相等。由于咪唑基有如此的优点，所以虽然组氨酸在大多数蛋白质中含量很少，却很重要。推测它很可能在生物进化过程中，不是作为一般的结构蛋白成分，而是被选择作为酶分子中的催化结构而存在下来的。
广义的酸碱催化与共价催化可使酶反应速度大大提高，但是比起前面两种方式来，它们提供的速度增长较小。尽管如此，还必须看到它们在提高酶反应速度中起的重要作用，尤其是广义酸碱催化还有独到之处：它为在近于中性的pH下进行催化创造了有利条件。因为在这种接近中性pH的条件下，H+及OH-的浓度太低，不足以起到催化剂的作用。例如牛胰核糖核酸酶及牛凝乳蛋白酶等都是通过广义的酸碱催化而提高酶反应速度的。
5．酶活性中心是低介电区域
上面讨论了提高酶反应速度的四个主要因素。此外，还有一个事实必须注意，即某些酶的活性中心穴内相对地说是非极性的，因此，酶的催化基团被低介电环境所包围，在某些情况下，还可能排除高极性的水分子。这样，底物分子的敏感键和酶的催化基团之间就会有很大的反应力，这是有助于加速酶反应的。酶活性中心的这种性质也是使某些酶催化总速度增长的一个原因。
为什么处于低介电环境中的基团之间的反应会得到加强？可以用水减弱极性基团间的相互作用来解释。水的极性和形成氢键能力使它成为一种具有高度作用力的分子，水的介电常数非常高(表4-15)。它的高极性使它在离子外形成定向的溶剂层(oriented solvent shell)，产生自身的电场，结果就大大减弱了它所包围的离子间的静电相互作用或氢键作用。
上面介绍了实现酶反应高效率的几个因素，但是并不能指出哪一种因素可以影响所有酶的全部催化活性。更可能的情况是：不同的酶，起主要影响的因素可能是不同的，各自都有其特点，可以受一种或几种因素的影响。
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催化剂（化学中）的作用：
酶作用在于降低反应活化能（Energy of activation EACT）：
酶促反应速度比非催化反应高108~1020倍，比一般催化反应高107~1013。
化学反应速率依赖三个因素：碰撞频率、能量因素、概率因素（有效碰撞）。
有效碰撞：能发生化学反应的分子间碰撞。
活化分子：能发生有效碰撞的分子。
活化能：在任何化学反应中，反应物分子必须超过一定的能阈，成为活化的状态，才能发生变化，形成产物。这种比一般分子高出的能量或提高低能分子达到活化状态的能量，称为活化能。
从初态转化为过渡态需要能量，即为活化能，活化能越大，中间产物越难形成，反应越难进行。
参考资料：网络知道