双金属纳米簇催化剂“1+1>2”
金(Au)是公认的惰性金属，但纳米金却具有很高的活性，是非常优异的催化剂。这就是其作为第四代催化剂的独特之处。金钯双金属纳米簇催化剂更可能高效实现氢气、氧气直接合成过氧化氢。在近日由北京化工大学主办的2013年首届中欧双金属纳米簇国际研讨会上，记者领略了双金属纳米簇催化剂的神奇之处。这种具有“1+1>2”效应的催化剂，因可能带来石油化工、环境保护和新能源等领域的重大突破，已经成为国际催化领域的热门课题。
据北京化工大学相关负责人介绍，金属纳米簇是继厘米、毫米、微米级催化剂后的第四代催化剂，其高比表面积与活性可以显著地提高催化效率，并显示出优异的性能。由两种不同金属组成双金属纳米簇催化剂，因具有协同效应，催化性能更是明显高于相应的单金属纳米簇催化剂。双金属纳米簇也因此成为了国际学术界的研究热点。
在石油化工领域，双金属纳米簇可以广泛用于烃类化合物的催化加氢、氟氯烃选择性加氢脱氯等反应。在这些反应中，双金属纳米簇催化剂的催化活性和选择性较单金属纳米簇催化剂有很大的提高。据英国卡迪夫大学Jennifer Edwards教授在研讨会上介绍，目前世界上95%的双氧水采用蒽醌法生产工艺，该方法工艺流程复杂且成本较高。在贵金属钯(Pd)催化剂中加入适量的 Au而形成Au -Pd双金属纳米簇催化剂，可大大提高直接通过氢气和氧气反应来制备过氧化氢的产率，反应的选择性也高达95%以上。
在环保领域，金属纳米簇催化剂可以用在空气净化和污水处理等方面。这是由于双金属纳米簇具有较高的活性和选择性，而且还能降低反应温度。例如，负载型金纳米簇催化剂在催化氧化一氧化碳(CO)时，能使反应温度降低到-75℃，-5℃时可以全部氧化。金属铂(Pt)表面催化CO氧化反应是汽车尾气催化净化过程中的主要反应之一。大连化学物理研究所傅强教授在报告中指出，利用Pt-Fe双金属合金催化剂产生的界面限域效应，可成功地实现CO的高效去除，并能应用于汽车尾气催化净化等过程。
在新能源领域，以氢燃料电池为例，催化剂活性和寿命影响是燃料电池实用性的瓶颈之一。北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室副教授程道建介绍说，通过结合多尺度理论研究方法和实验制备，发现Ni-Pt和Pt-Pd等双金属纳米簇用作燃料电池催化剂时具有高活性、低成本和抗CO中毒等优点。另外Ni- Pt双金属纳米簇的经济价值较高，因为在Ni-Pt双金属纳米簇的结构中，具有催化活性的贵金属铂在双金属纳米簇的表面，而其核是没有催化活性的廉价镍，这不但可节省铂的使用量，还因协同效应增加了其催化活性。这些双金属纳米簇催化剂的产业化将可极大地改善燃料电池性能。
据了解，欧委会科技配合委员会(COST)组织的有关双金属纳米簇的重要项目已有包括英国、法国、意大利、比利时、西班牙、保加利亚、新西兰等在内的25 个国家参与，研究内容涉及双金属纳米簇的相图，物理制备、化学合成及其表征，双金属纳米簇的一催化性能等，部分相关研究成果已在《科学》等著名期刊发表。国内北京化工大学、清华大学、南京大学、大连化学物理研究所等也在此领域开展了相关研究，取得了不同程度的进展。
