挥发性有机物（VOCs）是主要大气污染物之一，会造成雾霾、酸雨和光化学烟雾等一系列环境问题，严重威胁人类的生活健康。在VOCs的排放中，含硫化合物广泛存在于石油化工、煤化工等行业之中。SO2对催化剂的性能和寿命有很大的损害。人们通常认为，SO2很容易在催化剂表面被吸收形成硫酸盐。硫酸盐的形成会覆盖活性点，降低催化性能。目前存在的关键科学问题是在VOCs催化燃烧过程中提升催化剂对SO2的耐受性。

        近期，中科院兰州化物所唐志诚团队以三维有序大孔-介孔（3DOMM）SiO2作为纳米反应器，通过原位生长的方式将Co3O4纳米粒子限域封装到了3DOMM SiO2纳米反应器的孔道中，显著提升了Co基催化剂的耐硫性能。
        作者首先对3DOMM SiO2的孔道结构进行了氨基化处理，实现了ZIFs在SiO2纳米反应器孔道结构中的可控生长。通过调整反应时间，反应浓度以及制备方法等条件研究了ZIFs在改性SiO2孔道结构中的生长机理，实现了具有不同孔径的Co3O4@SiO2-NH2催化剂的制备。研究结果表明，与纯的Co3O4催化剂相比，利用浸渍方法制备的Co3O4@SiO2-NH2-imp展现出了更好的抗水性和抗硫性。同时，作者通过理论计算证明，SO2更易吸附在SiO2上，而在Co-O-Si键上不易吸附。从而SiO2纳米反应器起到了保护壳的作用，保护活性位点免受SO2的侵蚀。
        文章信息
         Han W, Wu S, Dong F, et al. A confined growth strategy to construct 3DOM SiO2 nanoreactor in-situ embedded Co3O4 nanoparticles catalyst for the catalytic combustion of VOCs: Superior H2O and SO2 resistance. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5498-0.

单原子催化剂（SACs）是一类将单个金属原子锚定在载体上的材料，由于其有最大限度的原子利用率，在多相催化反应中表现出优异的性能。金属有机框架（MOFs）作为一种广泛应用于工业催化和能源存储-转化技术领域的材料，不仅具有功能性配体，还具有孔径可调性和高孔隙率等优良特性，经高温热解后，MOFs上负载的活性金属物种可被缩小到单原子（SAs）尺度以最大化金属利用率。由MOFs衍生的SACs在弥合均相和非均相催化剂之间的差异具有巨大优势。

图1 MOFs衍生的SACs的优势　　

　　科研人员通过对单原子周围的不饱和配位、尺寸效应以及局域电子密度的精准调控来设计单原子催化剂，但缺少以MOFs衍生物为载体的相关SACs综述作为指导。中国科学院兰州化学物理研究所工业催化课题组近年来围绕MOFs衍生的金属氧化物催化剂和单原子催化剂开展了大量研究工作，相关论文发表在Chemical Engineering Journal（405, 2021, 126948；435, 2022, 134953)、Journal of Catalysis（412, 2022, 42-58）、Science of The Total Environment （860, 2023, 160472）等期刊上。
　　近日，该团队以“Recent advances and future perspectives in MOF-derived single atom catalysts and their application: A review”为题在Journal of Materials Chemistry A（11, 2023, 3315-3363.）发表了MOFs衍生的单原子催化剂及其应用综述。介绍了基于不同MOFs载体衍生后的金属氧化物材料能提供不同的配位环境，从而有效对金属离子进行锚定；阐述了不同MOF衍生的SACs会产生不同的活性位点，从而影响催化剂的性能以及催化作用机理；综述了近几年其在电催化、光催化以及热催化等方面的应用。
　　文章从不同MOFs衍生的SACs、MOFs衍生的SACs活性位点以及在催化领域的应用等三部分进行了详细论述。详细总结了近些年基于不同MOFs基底提出的各种制备SACs的策略，深入探究了MOFs前驱体为单原子金属离子提供的配位环境。介绍了通过改变金属活性中心类别、配体种类、溶剂种类、载体形貌或掺入杂原子（O、S、P）等方法来提高MOFs衍生材料锚定金属单原子能力，精准构建对称结构（M-N4）和非对称结构（M-Nx），甚至是双金属（M1-M2）等活性位点等工作。详细叙述了MOFs衍生SACs在电催化、光催化、热催化领域的应用。MOFs衍生的SACs在电催化领域已有了较为成熟的发展，而在光、热催化领域还具有很大探索空间和应用前景。
　　MOFs结构的多样性使得MOFs衍生的SACs研究领域更加广泛，研究人员致力于研究结构和性能之间的关系，从而促进对多相催化的理解，设计和制备出适合大规模生产的更加高效的催化材料。
　　兰州化物所马思怡博士研究生为论文第一作者，唐志诚研究员、董芳副研究员为通讯作者。
　　以上工作得到了国家自然科学基金面上项目、中科院洁净能源创新研究院合作基金、兰州市人才创新创业项目的支持。

12月24日，甘肃省科学技术（专利）奖励大会暨强科技行动工作推进电视电话会议在兰州召开，会议表彰了2021年度为甘肃省科技事业发展作出突出贡献的先进集体和个人。中国科学院兰州化学物理研究所作为第一完成单位荣获1项一等奖、2项二等奖。其中，张俊彦研究员团队完成的“工程装备高端自润滑滑动轴承”科研成果获科技进步奖一等奖，师彦平研究员团队完成的“重要中草药化学成分与靶酶筛药和智能释药技术体系研究”科研成果获自然科学奖二等奖，唐志诚研究员团队完成的“非电行业烟气脱硝催化剂关键技术开发及产业化应用”科研成果获科技进步奖二等奖。
　　针对非电行业氮氧化物（NOx）排放源数量大、单台污染物排放浓度高、气体成分复杂、烟气温度低等特点，“非电行业烟气脱硝催化剂关键技术开发及产业化应用”项目团队设计制备了系列非电行业用脱硝催化剂，突破了脱硝催化剂理论、制备成型、生产、工程应用等关键技术，开发了可满足低温、高SO2、高水汽含量、高空速、高尘等需求的多种脱硝催化剂，在3家脱硝催化剂生产企业分别建立了相应生产线，在非电行业/企业实现了广泛应用，解决了非电行业低温烟气氮氧化物难以处理的重大技术难题。共获授权国家发明专利22件，发表论文51篇，相关产品累计新增产值12.10亿元。推动了甘肃省在非电行业脱硝催化剂产业领域的科技进步，促进了我国大气污染物治理技术的发展。

2019年12月30日，由中国产学研合作促进会主办的第十三届中国产学研合作创新大会在北京举行。会议表彰了2019年在产学研合作、成果转化、工匠精神等方面作出贡献的先进单位和个人。中国科学院兰州化学物理研究所唐志诚研究员获得2019年中国产学研合作创新奖。
　　此次大会以“创新科技 融合发展 勇攀高峰”为主题，旨在汇聚产学研用各界创新资源力量，弘扬科学精神和工匠精神，开启新时代广大科技界、产学研界协同创新、勇攀高峰的新篇章。来自科技部、工信部、教育部、中科院等国家相关部委、科研院所的领导、专家、学者以及来自全国产学研界第一线的1500余名代表出席大会。十三届全国政协副主席、中国科协主席万钢，全国人大常委会原副委员长陈至立，十二届全国政协副主席王钦敏等领导嘉宾出席大会并发表讲话。
　　唐志诚，博士、研究员、博士生导师，2003年毕业于湘潭大学，2008年毕业于兰州化物所获得博士学位。主要从事环境催化方面的研究，主要研究方向为烟气脱硝、垃圾焚烧脱除二恶英、VOCs治理、CO低温催化氧化、室内空气净化等方面。以第一作者和通讯作者在Appl.Catal.B:Environ、Nanoscale、Chem. Eng. J.、Catal. Sci. Technol.等期刊发表论文90余篇，申请中国发明专利10余件。开发的低温脱硝催化剂、室内空气净化材料等已成功实现产业化。

中科院STS项目“宽工作温度脱硝催化剂生产与应用示范”完成验收并在全国20余套装置实现工业应用

我国在十二五期间大力开展了燃煤烟气NOx控制技术，引进或自主开发了适用于烟气温度300～400℃的系列中温脱硝催化剂。除燃煤电厂外，我国还存在大量的工业燃烧烟气，其NOx排放量占总量的30～40%，如焦炉、玻璃窑炉、陶瓷炉、水泥窑等，其特点为锅炉数量大、单台污染物排放量少、污染物浓度高、排放温度普遍低于300℃等特点，现有的中温催化剂及脱硝系统难以处理。另外，燃煤电厂低负荷运行时烟气排放温度低至260℃，现有的中温脱硝催化剂无法使用。因此，开发能在200-300℃使用的宽温脱硝催化剂对解决上述两个领域氮氧化物的排放具有重要的现实意义。

　　在中科院科技网络服务计划（STS计划）项目的支持下，由中国科学院兰州化学物理研究所唐志诚研究员为项目负责人的科研团队，精心设计了3种催化新材料和1种新工艺，成功解决了低温下脱硝催化剂抗硫、抗水性能差等问题。在项目实施过程中，中科院兰州化物所和中科院过程工程研究所通力合作，形成了具有自主知识产权的宽工作温度脱硝催化剂技术，建成了2条1000方/年的宽工作温度脱硝催化剂生产线，形成了200～300℃范围的宽工作温度脱硝催化剂整套生产技术。与相关工程公司合作，针对行业进行分类并制定了相应的技术推广与科技服务方案，目前已在焦化、玻璃、导热油炉等行业完成20余套脱硝工程的建设与运行，实现了宽工作温度脱硝催化剂技术的产业化与工业应用，为合作企业带来经济效益超过2亿元，圆满完成了科技服务目标。

　　2018年3月27日，中科院科技服务网络计划（STS计划）项目“宽工作温度脱硝催化剂生产与示范应用”验收会在兰州化物所召开。来自兰州大学、西北师范大学、甘肃省科技厅、桓台县科技局等单位的技术、管理和财务专家组成了验收专家组，对该项目进行验收。项目负责人唐志诚研究员做了项目汇报，各子课题负责人做了课题汇报，并共同接受了专家组质询。中科院科技促进发展局唐清研究员、中科院兰州化物所党委书记、副所长王齐华研究员、科研一处处长张兵研究员、项目组成员等共约二十余人参加了验收会。中科院科技促进发展局付广义处长主持了验收会。

　　专家组一致认为该项目技术处于国内领先水平，项目组织管理有序、高效，超额完成了研究任务，该项目的实施为中科院承担单位培养了一批包括脱硝催化剂研发、生产、工程化、技术推广等在内的人才团队，也给合作企业带来了巨大的经济、社会和环境效益。付广义对该项目取得的成果给予充分肯定，对项目后续工作提出了建议和期待，希望项目组依托现有的技术成果加大推广力度，进一步扩大社会影响，实现更大的经济和社会价值。