10月26日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰課題組與國外學(xué)者合作，在《自然》雜志發(fā)表文章，報(bào)道了最新研究成果——設(shè)計(jì)并制備出一種“納米島”限域的原子級分散催化劑，以“動而不聚”的優(yōu)勢突破了傳統(tǒng)催化劑活性和穩(wěn)定性之間的矛盾，解決了世界催化劑領(lǐng)域的一項(xiàng)難題。

在多相催化中，原子級分散的金屬催化劑因具有獨(dú)特的幾何和電子特性、最高的原子利用效率和均勻的活性位點(diǎn)，而備受關(guān)注。然而，高度分散的金屬原子或因高表面能而移動團(tuán)聚，穩(wěn)定性差；或因與載體作用過強(qiáng)而固定不動，導(dǎo)致活性位點(diǎn)鈍化。如何獲取“動而不聚”的金屬活性位點(diǎn)，打破催化劑活性和穩(wěn)定性的對立矛盾，一直是世界上催化領(lǐng)域懸而未解的難題之一。

鑒于此，課題組研究人員設(shè)計(jì)出一種“納米島”型催化劑，即活性金屬原子被隔離在“島”上，可在各自的“島”內(nèi)移動但跨“島”遷移受阻，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)原子的動態(tài)限域穩(wěn)定。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員在設(shè)計(jì)的模型催化劑中選取和金屬作用強(qiáng)的氧化物作為“島”，作用弱的氧化物作為支撐“島”的載體。然后開發(fā)出一種液相靜電吸附的新型合成方法，將金屬原子準(zhǔn)確地放置在“納米島”上。

穩(wěn)定性研究表明，氧化鈰“納米島”上的鉑原子可以抵抗高達(dá)600攝氏度的空氣煅燒。鉑原子在高溫下的氫氣氛圍中只會限定在“島”內(nèi)移動，不會跨“島”團(tuán)聚，實(shí)現(xiàn)了活性位點(diǎn)的“動而不聚”。經(jīng)此活化后的催化劑，在催化一氧化碳氧化反應(yīng)的速率提升兩個數(shù)量級并兼具高穩(wěn)定性。

這一工作為突破催化劑活性和穩(wěn)定性的矛盾提供了新的解決思路。未來，通過選擇特定材料的載體、“納米島”和活性金屬原子，有望將該“納米島”類型催化劑應(yīng)用于不同的催化反應(yīng)。（記者 陳婉婉）