Science：看见单原子催化石墨烯生长！

第一作者：Laerte L. Patera

通讯作者：Laerte L. Patera

第一单位：里雅斯特大学（意大利）

单原子催化剂因为其更高的金属利用率，更高的催化活性，近年来受到广泛研究。从配位的角度来说：和台阶位等活性位相比，单个金属原子活性位具有最低的配位数，表现出更优异的化学反应活性，譬如 CO 氧化、 WGS 反应等均已验证这一点。

图 1. 单原子催化 CO 氧化

B. Qiao, T. Zhang, Single-atom catalysis of CO oxidation using Pt1/FeOx. Nat. Chem.2011, 3, 634–641.

有趣的是，在高温固体表面往往也存在一种特殊的单原子——移动吸附原子。这种单个的移动吸附原子在固体表面以及固液界面的各种化学过程中起到重要作用。其中，石墨烯经典的 CVD 生长过程中，就存在这种单原子催化的行为。理解这种单原子催化过程，将为精确控制石墨烯生长带了许多新的思路。

然而，在原子尺度实时观察这些超快速反应现象是一个重要挑战！

有鉴于此，意大利里雅斯特大学的 Laerte L. Patera 课题组发展了一种实时成像技术，可以“看见” Ni 表面的单原子催化石墨烯生长过程。

图 2. 石墨烯沿着 Z 和 K 边生长

众所周知，Ni是CVD生长石墨烯的重要基底，也是重要催化剂。研究人员以 Ni(111) 作为生长基底，通过高分辨扫描隧道显微镜实时原位成像技术，从原子尺度和毫秒时间分辨率上发现，石墨烯边界 kink 位点上，单个 Ni 原子参与到催化生长过程中。

基于 DFT 计算和反应路径的分子模拟，研究人员认为，单个的 Ni 吸附原子有效降低了反应能垒，是石墨烯 CVD 生长过程中 C 原子不断增加的驱动力。

图 3. 石墨烯边界的 Ni 吸附原子

图 4. 石墨烯可能生长路径