许多催化剂含有贵金属，但过去研究发现许多位于表面之下的贵金属原子都未参与催化反应，导致催化效率低。台湾国辐中心与美国机构组成之跨境团队历时5年，领先全球首研发具特殊孔隙结构的二氧化铈（CeOx）纳米胶，能合成出高效率与高稳定性的铂单原子催化剂，催化效率提高近百倍。
90%以上化工制程与催化技术有关，催化剂除了用于炼油等工业制程，也广泛应用于环保设施，如工厂烟道气的脱硝、汽机车的废气转化器等。近年大众关注的绿色能源议题也涉及许多催化剂研究，如电解水产氢、硝酸根还原产氨、二氧化碳还原等。
许多催化剂内置贵金属，但过去研究发现催化反应往往只发生在表面，下方的贵金属原子都未参与，导致催化效率低。而贵金属稀少又昂贵，如何提高贵金属原子利用效率便成为科学家急欲解决的难题。
目前商业量产的贵金属催化剂主要为“纳米颗粒”，但纳米颗粒的催化效率与稳定性有限。于是近10年来，单原子催化剂的研究蓬勃发展，通过提高单位面积下可容纳的单颗贵金属原子数目，让每颗贵金属原子都能成为活性中心，提升催化效率与稳定度，并大幅降低贵金属催化剂成本。
研究人员使用台湾光子源（Taiwan Photon Source，TPS）的快速扫描X光吸收光谱光束线，确定使用新型纳米胶可合成出高效率与高稳定性的铂单原子催化剂。
不过单原子催化剂也有瓶颈，在于载体上的金属原子常产生凝聚现象而无法单颗分散独立。台湾同步辐射研究中心包志文助研究员与美国亚利桑那州立大学刘景月教授、美国斯坦福同步辐射光源等组成的跨境研究团队，独步开发出一种新方法，能让特殊结构的二氧化铈（CeOx）纳米胶形成类似“纳米岛”形状，并以极高密度排列在二氧化硅（SiO2）载体，每个岛上仅住着1个单原子贵金属。
单原子贵金属能在自己的岛上自由活动，但无法跳出岛外与其他单原子贵金属凝聚，如此一来不仅提升稳定度，还能让每颗贵金属原子都成为活性中心。
新研究不只克服了合成单原子催化剂过程的凝结现象，还大幅提升一氧化碳氧化反应催化效率近百倍、降低成本，为单原子催化剂研究领域掀起新气象。
新论文已发布于《自然》（Nature）期刊。
（图片来源：国辐中心）