烏得勒支大學(xué)的化學(xué)家和物理學(xué)家團隊成功設(shè)計了新型催化劑。通過將兩種金屬原子精確地結(jié)合在一起，他們創(chuàng)造了一種高效的催化材料。由Petra de Jongh教授(化學(xué))和Alfons van Blaaderen教授(物理)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組今天將其發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然材料》上。

納米粒子

催化劑對我們的社會影響很大。所有工業(yè)化學(xué)過程中約有90%使用催化劑來加速化學(xué)轉(zhuǎn)化。這些催化劑通常包含微小的金屬顆粒，稱為納米顆粒，其比人的頭發(fā)寬度小約10,000倍。這些納米顆粒的結(jié)構(gòu)和組成決定了催化劑的質(zhì)量。這些納米顆粒的即使很小的變化也會導(dǎo)致性能上的巨大差異，因此對我們的社會構(gòu)成了重大的經(jīng)濟和環(huán)境影響。

雙金屬催化劑：當(dāng)兩種優(yōu)于一種時

“改善催化材料性能的一個重要進展是將由單金屬制成的常規(guī)催化劑轉(zhuǎn)變?yōu)殡p金屬催化劑 Petra de Jongh解釋說，其中兩種不同的金屬結(jié)合在一起。這些雙金屬催化劑工作得更好，但也帶來了新的挑戰(zhàn)。“挑戰(zhàn)在于，采用常規(guī)技術(shù)，您幾乎無法控制納米顆粒的結(jié)構(gòu)，從而形成顆粒。具有不同金屬和不同形狀和尺寸的金屬，嚴重地阻礙了這些雙金屬催化劑的效率。”設(shè)計具有原子精度的雙金屬催化劑是Jessi van der Hoeven博士的主要目標，她在由De Jongh(化學(xué))和Van Blaaderen(物理)共同指導(dǎo)的Debye納米材料研究所的兩個小組。

以核-殼設(shè)計方式排列原子

范德·霍文(Van der Hoeven)找到了一種在核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子中結(jié)合兩種金屬(金和鈀)，同時控制鈀原子層數(shù)的方法。這些新催化劑已在丁二烯的選擇性加氫中進行了測試，這是提純用于制造塑料的原料的關(guān)鍵過程。De Jongh指出：“我們很高興看到，采用這種核-殼設(shè)計，我們制成的催化劑的性能比僅含金或僅含鈀或二者的隨機混合物的催化劑高出50倍。”

Van der Hoeven補充說：“令我們驚訝的是，我們不僅觀察到納米顆粒表面的原子類型會影響性能，而且表面以下各層中的原子性質(zhì)也同樣重要。” 在該出版物的合著者，德國卡爾斯魯厄技術(shù)學(xué)院的理論家和巴黎索邦大學(xué)的光譜學(xué)家的幫助下，他們詳細研究了這種影響。

底部有足夠的空間

盡管當(dāng)前的金鈀核殼催化劑超出了他們的預(yù)期，但作者們相信仍有許多改進的機會。范·布萊德倫(van Blaaderen)評論說：“我們才剛剛起步。” “現(xiàn)在我們知道如何安排原子的納米粒子，品種結(jié)構(gòu)和金屬 我們可以探索的組合是巨大的。”未來的夢想是，在物理學(xué)家理查德·費曼(Richard Feynman)的啟發(fā)下，繼續(xù)從下往上建造催化劑材料，他已經(jīng)預(yù)言“人類在底層有足夠的空間建造”逐個原子地填充材料，或者在這種情況下逐層填充。

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