中新社合肥3月10日電 (記者 吳蘭)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組近日創(chuàng)制了一種新型結(jié)構(gòu)的催化劑，破解了負(fù)載型催化劑燒結(jié)的關(guān)鍵難題。
3月10日，相關(guān)成果發(fā)表于《自然？材料》(Nature Materials)。
催化反應(yīng)作為現(xiàn)代工業(yè)的基石，在能源轉(zhuǎn)化、化工生產(chǎn)、環(huán)境保護等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中催化劑的核心指標(biāo)。
在實際催化過程中，超細(xì)金屬納米顆粒極易受到高溫和復(fù)雜的化學(xué)氣氛影響，從而自發(fā)聚集并導(dǎo)致催化活性降低，該過程被稱為催化劑的燒結(jié)。
因此，面對條件極端苛刻的催化反應(yīng)，如何通過發(fā)展新策略提升催化劑的穩(wěn)定性，是催化科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵難題。
曾杰說：“我們在催化劑載體和金屬納米顆粒之間構(gòu)筑了一種小尺寸、互不相連的氧化物團簇，其結(jié)構(gòu)就像海洋中散落的小島，因此被命名為‘納米島’。在催化反應(yīng)過程中，大量金屬原子組成的納米顆粒就像被困在海島中的‘千軍’一樣，被牢牢束縛在納米島中無法燒結(jié)。”
此次研究中，曾杰團隊基于對燒結(jié)路徑的深入理解，創(chuàng)制了一種新型納米島結(jié)構(gòu)催化劑，并巧妙地引入電性匹配原理，使金屬離子優(yōu)先落于納米島上。與此同時，團隊成員系統(tǒng)性地發(fā)展了納米島催化劑的材料庫，涵蓋多達270種可定制化的結(jié)構(gòu)組合。
實驗結(jié)果表明，納米島催化劑在高氣體流速下實現(xiàn)單程400小時的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化，完美應(yīng)對了因反應(yīng)高溫、還原性氣氛導(dǎo)致的催化劑失活困局。
“本工作發(fā)展了一種非常有效且巧妙的抗燒結(jié)催化劑制備策略，對各類材料體系具有普遍的重要意義。”審稿專家如是評價。
曾杰說：“下一步團隊將探索納米島結(jié)構(gòu)催化劑在更多工業(yè)催化場景，如二氧化碳轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用，并進一步優(yōu)化合成方法，實現(xiàn)規(guī)模化制備。”(完)