迷信家能够猜测和设想用于紧张化教反响的单本子催化剂

塔夫斯大学、伦敦大学学院（UCL）、剑桥大学和加州大学圣芭芭拉分校的研究职员已经证明，一种催化剂的确可以起到转变的作用。他们使用在超等盘算机上运行的量子化学模仿来猜测一种新的催化剂布局以及它与某些化学物质的相互作用，并在实践中证明白它可以或许生产现在求过于供的丙烯，而这正是塑料制造业所急需的，织物和其他化学品。这些革新有大概孕育发生高效、更环保、碳足迹更低的化学反响。

丙烯的需求量约为每年1亿公吨（代价约2000亿美元），现在基础无法餍足激增的需求。其生产范围仅次于硫酸和乙烯，是化学产业中第三大的转化工艺。生产丙烯和乙烯最常用的要领是蒸汽裂解法，其产率限定在85%以内，是化学产业中能耗最高的工艺之一。生产丙烯的传统质料是煤油和自然气作业的副产物，但转向页岩气限定了其产量。

从页岩气中发觉的丙烷生产丙烯所用的典范催化剂是由在原子程度上具有随机庞大布局的金属组合组成的。反响性原子通常以很多差别的方法聚拢在一路，这使得依据化学物质怎样与催化外貌相互作用的根本盘算，很难设计新的反响催化剂。

与此相反，单原子合金催化剂，在塔夫斯大学发觉并初次在2012颁发在科学陈诉中，在一个惰性催化剂外貌疏散单一的活性金属原子，在约莫1的反响原子密度到100个惰性原子。这使得单个催化原子和正在处置惩罚的化学物质之间的相互作用得到了很好的界说，而不会与周边的其他活性金属产生分外的相互作用。由单原子合金催化的反响趋势于干净和高效，而且，如当前的研究所证明的，它们如今可以通过理论要领来猜测。

Charles Sykes说：“我们通过在伦敦大学学院和剑桥大学的互助者利用超等盘算机上的第一道理盘算，来办理这个题目，这使我们可以或许猜测将丙烷转化为丙烯的最佳催化剂是什么。”塔夫斯大学化学系的John Wade传授和该研究的相应作者。

这些导致催化剂外貌反响性猜测的盘算效果通过原子标准成像和在模子催化剂上运行的反响得到证明。研究职员随后合成了单原子合金纳米粒子催化剂，并在产业相干条件下举行了测试。在这个特别的应用中，疏散在铜（Cu）外貌的铑（Rh）原子对丙烷脱氢制丙烯最有用。

UCL化学工程副传授、该研究的合著者Michail Stamatakis说：“常用多相催化剂的革新大多是一个重复试验的历程。”单原子催化剂使我们可以或许依据第一性道理盘算分子和原子怎样在催化外貌相互作用，从而猜测反响效果。在这种情形下，我们猜测铑在从甲烷和丙烷平分子中提取氢方面非常有用——这一猜测违背了常理，但在现实应用中却取得了难以置信的乐成。我们如今有了一种公道设计催化剂的新要领。”

单原子铑催化剂的服从很高，产物丙烯的选择性产量为100%，而现在产业丙烯生产催化剂的选择性产量为90%，此中选择性指的是在外貌上孕育发生所需产物的反响比例。”假如产业界采纳这一技能，那么这种服从程度将大大节省本钱，数百万吨二氧化碳不会排放到大气中。

单原子合金催化剂不但服从更高，并且每每在较和气的条件和较低的温度下举行反响，是以比传统催化剂必要更少的能量。它们的生产本钱较低，只必要少量贵金属，如铂或铑，这大概非常昂贵。比方，现在铑的代价约为每盎司22000美元，而铜（占催化剂的99%）的代价仅为每盎司30美分。新型的铑/铜单原子合金催化剂也具有抗结焦的本领，这是产业催化反响中广泛存在的题目，在产业催化反响中，高碳含量的中心产品根本上会在催化剂外貌积累烟尘，并开始按捺所需的反响。这些革新是一个“绿色”化学配方，具有较低的碳足迹。

赛克斯说：“这项研究进一步证明白单原子合金催化剂在办理催化剂行业服从低下题目上的庞大潜力，而这反过来又带来了庞大的经济和情况效益。”