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研究發現新型催化劑或有助于保護貴金屬供應不會迅速枯竭

發表在《自然通訊》雜志上的一項新研究展示了一種新型催化劑,它可能帶來新的、可持續的制造和使用分子的方法,并保護貴金屬的供應。

基于諾丁漢大學的研究,該研究的作者證明鈀納米團簇的行為不符合定義催化劑為均相或多相的傳統特征。

傳統上,催化劑分為均相(催化中心與反應物分子緊密混合)和多相(反應發生在催化劑表面)。通常,化學家在選擇一種或另一種催化劑時必須做出妥協,因為均相催化劑更有選擇性和活性,而多相催化劑更耐用和可重復使用。

然而,據推進未來Beacon諾丁漢研究員Jesum Alves Fernandes領導的團隊稱,鈀原子的納米團簇似乎與傳統的分類相悖,通過研究它們在苯乙烯環丙烷反應中的催化行為就證明了這一點。

Alves Fernandes和他的團隊使用分析和成像技術來探測納米團簇的結構、動力學和化學性質,以揭示這種不同尋常的催化劑在原子水平上的內部工作原理。

他們的發現掌握了釋放化學中催化的全部潛力的鑰匙,導致以最高效的原子和能量彈性的方式制造和使用分子的新方法。

研究發現新型催化劑或有助于保護貴金屬供應不迅速枯竭
阿爾維斯·費爾南德斯在媒體聲明中說:“我們使用最直接的方法來制造納米團簇,通過一束快速氬離子將原子從大塊金屬中簡單地踢出,這種方法被稱為磁控濺射。”“通常,這種方法用于制造涂層或薄膜,但我們調整了它,以產生金屬納米團簇,可以沉積在幾乎任何表面。重要的是,納米團簇的大小可以通過實驗參數精確控制,從單個原子到幾個納米,因此,一組均勻的納米團簇可以在幾秒鐘內根據需要生成。”

據研究人員稱,這種方法產生的金屬團簇表面是完全“裸露”的,因此非常活躍,易于進行化學反應,從而產生高催化活性。

聚合物和藥品等材料到化肥和農作物保護等農用化學品,近80%的工業化學過程都是由催化劑實現的。

在阿爾維斯•費爾南德斯看來,對催化劑的高需求意味著,包括金、鉑和鈀在內的許多有用金屬的全球供應將迅速枯竭。因此,挑戰在于最大限度地利用每個原子的潛能。

“以納米團簇的形式開發金屬是增加催化活性表面積的最有力策略之一。此外,當納米團簇的尺寸突破納米尺度時,金屬的性能可能會發生劇烈變化,導致在宏觀尺度上無法獲得的新現象,”科學家在聲明中說。

更大的項目

阿爾維斯·費爾南德斯還提到,諾丁漢大學正在加入其他三所大學的行列,開展一項大規模的項目,以擴大這一工作,進行將導致瀕危元素保護的研究。

對表面的金屬原子和接口(馬西)可持續未來的項目的名稱,它是建立在金屬反應的發光機制被激活的分子,可以由熱、光或電勢,可協調的互動支持材料提供耐用性和可重用性的催化劑。

特別是,MASI催化劑將被用于化學工業的主干反應中的難裂分子(如N2, H2和CO2)的活化,如Haber-Bosch過程。

”這種催化劑制備的方法是很重要的,不僅因為它允許最經濟使用稀有金屬,但它最簡單的方法,沒有任何需要溶劑或化學試劑,因此產生非常低水平的浪費,這是一個綠色化學技術的越來越重要的因素,”媒體簡報稱。

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