我国科学家制备出实用“单原子”铂催化剂

上一篇 / 下一篇  2011-08-18 14:59:06

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  开拓催化研究新领域,可使汽车尾气净化系统等受益

  近日,大连物化所研究员张涛领衔的航天催化与新材料研究,以氧化铁为载体,首次制备出具有实用意义的“单原子”铂催化剂,实现了多相催化剂制备从纳米水平到原子水平的重大推进,极大提高了贵金属催化剂的利用率。

  作为化学反应中不可替代的催化剂,铂、钯等贵金属在诸多领域发挥着重要的作用。但是资源稀缺所带来的昂贵价格,无疑成为横亘在催化剂制造商面前的一道难题。因此,如何提高贵金属的原子利用效率一直是催化剂制备科学的核心问题之一。

  “透过超高分辨扫描透射电子显微镜可以看到,我们的催化剂中所有的铂都是呈单原子分散状态。而对其进行CO的催化转化实验后发现,不仅单个铂原子是稳定的,而且催化活性是传统的纳米催化剂的2~3倍。”张涛向《科学时报》记者介绍说。

  由于催化反应总是在催化剂表面发生,对于相同质量的物质,被分散得越细小时,可以暴露的表面原子越多,表面积总和越大,催化效果也就越好。但目前工业催化剂通常只能得到尺寸在1~20纳米范围内的纳米粒子。因为亚纳米粒度大小的微粒倾向于扩散和凝聚,从而导致催化剂失活。

  全球每年高达50%的铂产量都用于汽车尾气净化系统的三效转化器。如果该技术能得到进一步完善和推广,将会大大减少贵金属的用量。同时燃料电池的电极催化,以及各种精细化学品的合成领域,都可能成为该技术的受益者。

  中国科学院院士林励吾对此给予高度评价:“这是一项创新性很强的研究,开拓了催化研究的一个全新领域。”

  西北太平洋国家实验室的教授Charles H. F. Peden对此给予了高度评价:“这是一项非常及时、令人兴奋的研究工作,单个原子是否能够作为多相催化剂中的活性位是催化界曾经思考的问题,该研究给出了明确、响亮的肯定回答。”

  “接下来,我们还将进行其他贵金属的单原子催化研究,如果进展顺利,不仅可以大幅节约贵金属用量,而且单原子相对均一的催化环境有望实现化学反应的高选择性,减少副产物的出现,从而实现真正的绿色催化。” 张涛表示。


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