新華社合肥3月10日電 記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,，該校曾杰教授團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)筑納米島結(jié)構(gòu)催化劑,，攻克了甲烷干重整反應(yīng)中催化劑極易燒結(jié)失活的難題。相關(guān)研究成果3月10日發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然?材料》,。
超細(xì)金屬納米顆粒因其超高的原子利用率,，在多相催化領(lǐng)域備受青睞。然而,，在催化反應(yīng)過程中,，這些納米顆粒極易受到高溫等影響，從而自發(fā)聚集并導(dǎo)致活性降低,，該過程被稱作燒結(jié),。發(fā)展超細(xì)金屬納米顆粒的抗燒結(jié)策略，是催化科學(xué)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵難題,。
此次研究工作中,，研究人員基于對燒結(jié)路徑的深入理解，創(chuàng)制了一種納米島結(jié)構(gòu)催化劑,。具體而言,，研究人員在載體與金屬顆粒之間嵌入一種均勻分布、小尺寸且互不相連的金屬氧化物團(tuán)簇,，其因島狀結(jié)構(gòu)被命名為納米島,。相較于載體，納米島對金屬顆粒錨定更強(qiáng),，因此顆粒無法整體遷移燒結(jié),。此外，納米島之間互不相連,，從顆粒表面脫離的金屬原子難以跨島遷移,。通過同時切斷兩種燒結(jié)路徑，納米島結(jié)構(gòu)有望顯著提升催化劑的抗燒結(jié)性能,。
為構(gòu)筑納米島結(jié)構(gòu)催化劑,，研究人員首先在氧化物與載體間構(gòu)建強(qiáng)吸附作用,，通過高溫受控團(tuán)聚獲得小尺寸、高密度的氧化物納米島,。通過將電性匹配原理和溶劑蒸發(fā)結(jié)合，研究人員實(shí)現(xiàn)了金屬在納米島上的精準(zhǔn)落位,。針對常見的載體,、納米島、活性金屬,，研究人員發(fā)展了納米島結(jié)構(gòu)催化劑的材料庫,。其中，二氧化硅負(fù)載的氧化鑭納米島對釕納米顆粒的穩(wěn)定效果尤為突出,。研究人員將該催化劑應(yīng)用于甲烷干重整反應(yīng)以驗(yàn)證其抗燒結(jié)性能,。此反應(yīng)因其在溫室氣體資源化利用方面的巨大潛力而備受關(guān)注。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，該催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)單程400小時的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化,，且反應(yīng)后釕納米顆粒的尺寸仍維持在1.4納米，完美應(yīng)對了因高溫等因素導(dǎo)致的失活困局,。通過定制活性金屬和載體,，納米島結(jié)構(gòu)催化劑有望為多種催化反應(yīng)中所面臨的燒結(jié)失活難題提供切實(shí)可行的解決方案。（記者戴威）
