催化反應(yīng)作為現(xiàn)代工業(yè)的“基石”步驟，在能源轉(zhuǎn)化、化工生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中催化劑的核心指標(biāo)，只有高度穩(wěn)定，才能有力支撐工業(yè)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授課題組創(chuàng)制了一種新型結(jié)構(gòu)的催化劑，破解了負(fù)載型催化劑燒結(jié)困局。3月10日，相關(guān)成果發(fā)表于《自然?材料》。

據(jù)介紹，在諸多催化反應(yīng)中，超細(xì)金屬納米顆粒的燒結(jié)難題是催化科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵難題。

曾杰團(tuán)隊(duì)基于對(duì)燒結(jié)路徑的深入理解，創(chuàng)制了一種新型納米島結(jié)構(gòu)催化劑。他們?cè)诖呋瘎┹d體和金屬納米顆粒之間構(gòu)筑了一種小尺寸、互不相連的氧化物團(tuán)簇，其結(jié)構(gòu)就像海洋中散落的小島，因此被命名為“納米島”。在催化反應(yīng)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(jié)。

為了驗(yàn)證極端苛刻反應(yīng)條件下納米島結(jié)構(gòu)催化劑的抗燒結(jié)性能，團(tuán)隊(duì)成員將該催化劑用于甲烷干重整反應(yīng)。此反應(yīng)因其在溫室氣體資源化利用方面的巨大潛力而備受關(guān)注。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米島催化劑在高氣體流速下實(shí)現(xiàn)單程400小時(shí)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)化，完美應(yīng)對(duì)了因反應(yīng)高溫、還原性氣氛導(dǎo)致的催化劑失活困局。值得一提的是，反應(yīng)后1.4納米的超細(xì)釕納米顆粒在納米島上巋然不動(dòng)，再次證明納米島結(jié)構(gòu)在抗燒結(jié)催化劑關(guān)鍵場(chǎng)合的巨大應(yīng)用潛力。

“本工作發(fā)展了一種非常有效且巧妙的抗燒結(jié)催化劑制備策略，對(duì)各類材料體系具有普遍的重要意義。”審稿專家如是評(píng)價(jià)。

據(jù)曾杰介紹，下一步團(tuán)隊(duì)將探索納米島結(jié)構(gòu)催化劑在更多工業(yè)催化場(chǎng)景，如二氧化碳轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用，并進(jìn)一步優(yōu)化合成方法，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備。

合肥在線—合新聞?dòng)浾?張玉蓮 通訊員 陳婉婉