中新社合肥3月10日電 (記者 吳蘭)中國科學技術大學曾杰教授課題組近日創制了一種新型結構的催化劑，破解了負載型催化劑燒結的關鍵難題。
3月10日，相關成果發表于《自然？材料》(Nature Materials)。
催化反應作為現代工業的基石，在能源轉化、化工生產、環境保護等領域發揮著關鍵作用。穩定性是工業生產中催化劑的核心指標。
在實際催化過程中，超細金屬納米顆粒極易受到高溫和復雜的化學氣氛影響，從而自發聚集并導致催化活性降低，該過程被稱為催化劑的燒結。
因此，面對條件極端苛刻的催化反應，如何通過發展新策略提升催化劑的穩定性，是催化科學和材料科學領域亟待解決的關鍵難題。
曾杰說：“我們在催化劑載體和金屬納米顆粒之間構筑了一種小尺寸、互不相連的氧化物團簇，其結構就像海洋中散落的小島，因此被命名為‘納米島’。在催化反應過程中，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。”
此次研究中，曾杰團隊基于對燒結路徑的深入理解，創制了一種新型納米島結構催化劑，并巧妙地引入電性匹配原理，使金屬離子優先落于納米島上。與此同時，團隊成員系統性地發展了納米島催化劑的材料庫，涵蓋多達270種可定制化的結構組合。
實驗結果表明，納米島催化劑在高氣體流速下實現單程400小時的穩定轉化，完美應對了因反應高溫、還原性氣氛導致的催化劑失活困局。
“本工作發展了一種非常有效且巧妙的抗燒結催化劑制備策略，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構催化劑在更多工業催化場景，如二氧化碳轉化中的應用，并進一步優化合成方法，實現規模化制備。”(完)