费-托合成（FTS）是一种重要的催化过程，用于从天然气，煤炭和生物质衍生的合成气生产液体燃料和精细化学品。然而，开发用于FTS的高性能催化剂并了解其催化机理仍然具有挑战性。

近日，清华大学李亚栋院士，中科院山西煤化所陈建刚研究员，中科院上海高等研究院Yu Wang报道了设计了一种孤立的Ru原子锚定在Co纳米颗粒表面的Ru₁Co_n单原子合金（SAA）催化剂，通过二维限域策略，在150°C的低反应温度下实现了较高的FTS活性（2.6 mol_CO moL_M^-1 h^-1）和长链烃选择性(C₅⁺：86.0%)。

文章要点

1）LDHs是典型的2D功能材料，具有多金属氢氧化层和丰富的层间阴离子。利用它们独特的分层结构，通过基于CoAl-LDH的2D空间限域策略来制备Ru₁Co_n SAA。首先，使用共沉淀法制备CoAl-(RuCl₅^2-)-LDHs。其次，将CoAl-(RuCl₅^2-)-LDHs在H₂气氛下于400 °C下还原，以分解OH^-，CO₃^2-和H₂O物种并将其排放。然后，LDH结构转变为掺杂Al³⁺或取代的CoO相（CoAl-O）。同时，离子RuCl₅^2-和一些表面Co²⁺离子被还原为金属态，形成Ru₁Co_n结构，其具有锚定在Co纳米颗粒表面的孤立单原子Ru。在进行FTS测试之前，将氧化的Ru₁/CoAl-O样品在400 °C的H₂中预先还原，以获得作为活性FTS催化剂负载在CoAl-O基质上的Ru₁Co_n SAA。

2）一系列原位实验，催化测试和密度泛函理论（DFT）计算表明，由于在费米能级附近具有较高电子密度的单原子Ru可以有效地同时降低C−O断裂和链生长过程的限速势垒，使得Ru₁Co_n SAA中的Ru单原子位点比纯Ru和Co表面对FTS反应更具活性。

这项工作提出了设计Ru单原子中心来改善FTS性能的可行性，并为开发其他高性能工业催化剂的策略提供了更深层次的理解。

参考文献

Ge Meng, et al, Ru₁Co_n Single-Atom Alloy for Enhancing Fischer−Tropsch Synthesis, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.0c04162

https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c04162