大学化学, 2020, 35(7): 179-180 doi: 10.3866/PKU.DXHX201912061

师生笔谈

对单原子催化术语的讨论

李平凡,

On the Terminology of Single-Atom Catalysis

Li Pingfan,

通讯作者: 李平凡, Email: lipf@mail.buct.edu.cn

收稿日期: 2019-12-23   接受日期: 2020-03-12  

Received: 2019-12-23   Accepted: 2020-03-12  

摘要

单原子催化,是由我国化学家提出的一个新概念,近年来在多相催化领域引领了一波研究热潮。单原子气体,是中学化学教育中的重要知识点。单原子催化这一术语,在文字上与单原子气体非常相似,但又有着完全不同的意义,存在一定的误导性,值得商榷。

关键词: 单原子催化 ; 均相催化 ; 多相催化 ; 单原子气体 ; 化学术语

Abstract

Single-atom catalysis is a novel concept proposed by Chinese chemists recently, which has become a trending topic in the research of heterogeneous catalysis. Monatomic gas is an important knowledge point in high school chemistry education. Considering the similarity in Chinese language between "single-atom catalysis" and "monatomic gas", and their very different meaning, this terminology is worth discussing.

Keywords: Single-atom catalysis ; Homogeneous catalysis ; Heterogeneous catalysis ; Monatomic gas ; Chemical terminology

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李平凡. 对单原子催化术语的讨论. 大学化学[J], 2020, 35(7): 179-180 doi:10.3866/PKU.DXHX201912061

Li Pingfan. On the Terminology of Single-Atom Catalysis. University Chemistry[J], 2020, 35(7): 179-180 doi:10.3866/PKU.DXHX201912061

我国化学家张涛等[1] 2011年在题目为“Single-atom Catalysis of CO Oxidation Using Pt1/FeOx”的文章中提出了single-atom catalysis这一新概念,中文称其为单原子催化。近年来,这一概念在多相催化领域引领了一波研究热潮,世界上很多课题组都报导了各种类型的单原子催化剂。学术界普遍认为载体上的催化剂的分散程度对其催化反应效率有着重要影响,因此,以一个一个独立的原子形式分散在载体上的多相催化剂,自然是有着极其重要的理论研究价值和实际应用前景[2]。与之紧密相关的,还有表面金属有机催化(surface organometallic catalysis,SOMCat)这一研究领域[3, 4]

原子,是化学这一学科的核心研究范畴。我们认为原子在化学反应中不可再分,并通过共价键、离子键或金属键,构成了我们周围的物质世界。我国的中学化学教科书和高考都会提到单原子气体这一概念,它对应的英文术语是monatomic gas,其含义在于:元素周期表中稀有气体这一族的元素有着稳定的价电子结构,它们在常温常压的条件下即是以单个原子的形式处于气态,并不与其他的原子成键。

由此可见,单原子气体才是真正的单个原子的物质存在形态,其原子之间的距离大于范德华半径,原子之间仅存在分子间力,于是也就有了衍生出来的单原子分子这一概念。然而,多相催化领域研究过程中所制备、使用的单原子催化剂总是会存在固相载体与中心原子之间的化学键,其原子之间的距离处在相应的化学键键长的尺度,并不是真正的单原子。如果用“单原子催化剂”来简称以一个一个独立的原子形式分散在载体上的多相催化剂,从语言上就省略了催化剂负载、多相催化这样的基本信息,容易让人误以为“单原子催化剂”这一名词所指的“催化剂”即是与单原子气体一般的“单原子”。

事实上,文献中也有过气态单原子催化的化学反应的例子[5];溶液中存在配体配位的单个金属中心原子催化的反应就更普遍了,这是均相催化的研究领域。但这些例子与今天我们讲的单原子催化完全不是一个概念。在英文的化学术语中,由于存在“single”和“mono”这两种不同的形容词,所以“single-atom catalysis”和“monatomic gas”并不至于混淆。但在中文的化学术语中,单原子催化这一新词汇,在文字上与单原子气体非常相似,但又有着完全不同的意义,存在一定的误导性,我认为是值得商榷的。

我建议将单原子催化(single-atom catalysis)这一术语改称“独原子催化”,用“独”字与英文中的“single”对应;同时保留单原子气体(monatomic gas)这一术语,用“单”字与英文中的“mono”对应。“独”字不光体现了数量上是一个,也强调了活性催化反应位点的独立性,与英文“single”的“独身、单身”涵义吻合,从而使“独原子催化”(single-atom catalysis)所描述的化学图景更加形象具体。

参考文献

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