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    我国学者在纳米催化剂抗烧结稳定性理论研究方面取得进展

    日期 2020-11-18   来源:化学科学部   作者:伊晓东 高飞雪  【 】   【打印】   【关闭

    图1 纳米催化(hua)剂抗烧结Sabatier原理以及(ji)双功能(neng)载体(ti)的高通量筛选

      在国家自然科学(xue)(xue)基(ji)金(jin)项目(批(pi)准号(hao):91945302、21903077)等(deng)资助下(xia),中国科学(xue)(xue)技术大学(xue)(xue)李微雪(xue)教授团队经(jing)过八(ba)年攻(gong)关(guan),提(ti)出并建(jian)立界面作(zuo)用调控纳米催化(hua)剂(ji)生长动力(li)学(xue)(xue)的(de)一(yi)般(ban)性(xing)理(li)(li)论(lun)和双功能(neng)载(zai)体高通量筛选策(ce)略,为(wei)理(li)(li)性(xing)设计和筛选稳(wen)定的(de)抗烧结(jie)纳米催化(hua)剂(ji)提(ti)供了参(can)考。研究成果以“金(jin)属—载(zai)体相互(hu)作(zuo)用的(de)Sabatier原理(li)(li)以促进超稳(wen)定纳米催化(hua)剂(ji)的(de)设计(Sabatier principle of metal–support interaction for design of ultrastable metal nanocatalysts)”为(wei)题,于2021年11月5日在线发表在《科学(xue)(xue)》(Science)杂志上。论(lun)文链(lian)接:http://www.science.org/doi/10.1126/science.abi9828。

      设计(ji)研发高活(huo)性、高选择性、高稳(wen)定(ding)(ding)性的(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji),对(dui)于提高催(cui)(cui)化(hua)(hua)反应效(xiao)率、节(jie)能降耗(hao)并(bing)对(dui)我国实现双碳目(mu)标具(ju)有重要意(yi)义(yi)。其(qi)中,纳米催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)因其(qi)高的(de)原子(zi)利用率和(he)(he)量(liang)子(zi)效(xiao)应的(de)存在(zai),长期以来受到(dao)广泛关注并(bing)取得了巨大进(jin)展(zhan)。然而,包(bao)括(kuo)纳米材料在(zai)内(nei)的(de)催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)稳(wen)定(ding)(ding)性问题正成为(wei)催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)面(mian)向产(chan)业(ye)化(hua)(hua)以实现高效(xiao)化(hua)(hua)工(gong)生产(chan)过程中的(de)主要瓶(ping)颈(jing)之一。目(mu)前,纳米催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)稳(wen)定(ding)(ding)性研究仍缺乏一般性原理和(he)(he)基(ji)础理论指导,导致(zhi)催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)寿命试错实验成本高且耗(hao)时,极大制约了高效(xiao)纳米催(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)的(de)工(gong)业(ye)化(hua)(hua)进(jin)程。

      面对此涉及复杂物理化(hua)(hua)学(xue)(xue)过程的(de)难题(ti),李微(wei)雪(xue)教授团队在(zai)数(shu)据驱(qu)动(dong)分(fen)析的(de)基础上(shang),以(yi)热致或化(hua)(hua)学(xue)(xue)诱(you)导(dao)纳(na)米(mi)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)烧(shao)结(jie)生(sheng)长动(dong)力学(xue)(xue)作(zuo)为(wei)着眼点,深入探索控(kong)制纳(na)米(mi)材料生(sheng)长的(de)基本原理,以(yi)理论(lun)(lun)计算的(de)研(yan)究方法(fa)来(lai)分(fen)析金(jin)属(shu)纳(na)米(mi)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)中金(jin)属(shu)与(yu)(yu)(yu)(yu)载体的(de)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)用(yong)(yong)关系(xi),以(yi)原子吸附(fu)能(neng)(neng)、纳(na)米(mi)粒子粘附(fu)能(neng)(neng)为(wei)标度,从理论(lun)(lun)层面建立起相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)用(yong)(yong)与(yu)(yu)(yu)(yu)稳定(ding)(ding)性(xing)之间的(de)关系(xi),即金(jin)属(shu)纳(na)米(mi)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)与(yu)(yu)(yu)(yu)载体的(de)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)用(yong)(yong)既(ji)不(bu)(bu)能(neng)(neng)太(tai)强,否则(ze)会导(dao)致以(yi)奥(ao)斯特瓦尔德(de)熟化(hua)(hua)的(de)方式(shi)失(shi)活;也不(bu)(bu)能(neng)(neng)太(tai)弱(ruo),否则(ze)会导(dao)致以(yi)粒子迁移与(yu)(yu)(yu)(yu)碰(peng)撞的(de)机制失(shi)活;只有(you)相(xiang)(xiang)互(hu)(hu)作(zuo)用(yong)(yong)适中时,金(jin)属(shu)纳(na)米(mi)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)的(de)稳定(ding)(ding)性(xing)达到最优。这些理论(lun)(lun)结(jie)果被基于第一性(xing)原理神经网络(luo)势函数(shu)大规模分(fen)子动(dong)力学(xue)(xue)模拟和大量已发表(biao)实验(yan)数(shu)据证实(图)。在(zai)此基础上(shang),进一步提(ti)出并发展了利用(yong)(yong)双功(gong)能(neng)(neng)载体打破标度关系(xi)限制的(de)高通量筛选(xuan)策(ce)略,为(wei)改进纳(na)米(mi)催(cui)(cui)(cui)化(hua)(hua)剂(ji)的(de)抗(kang)烧(shao)结(jie)稳定(ding)(ding)性(xing)提(ti)供了理论(lun)(lun)研(yan)究方法(fa)。




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