韓國闡明合金納米粒子的催化劑反應(yīng)機理
2018年06月25日 8:55 6203次瀏覽 來源： 中國有色金屬報 分類： 新材料前沿 作者： 羅曄
近日，韓國基礎(chǔ)科學研究院（IBS）宣布，納米物質(zhì)及化學反應(yīng)項目取得突破性進展。樸正榮（音譯）團隊與韓國科學技術(shù)院教授鄭有盛（音譯）團隊共同闡明了合金納米粒子的催化劑反應(yīng)現(xiàn)象。研究團隊經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，合金納米催化劑表面形成的金屬氧化物界面是提高催化劑性能的重要因素。
環(huán)保型催化劑不僅可以應(yīng)用于石化工業(yè)，還可以應(yīng)用于氫電池和水電解，而合金納米粒子可以提高催化劑的活性，這是因為通過調(diào)節(jié)其化學成分，可以有效控制催化劑表面的電子結(jié)構(gòu)和結(jié)合能，因而應(yīng)用潛力巨大。不過，在實際催化劑環(huán)境中，隨著反應(yīng)物和條件的變化，合金納米粒子表面結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化，因此，盡管具備優(yōu)秀的性能，合金納米催化劑的反應(yīng)機理卻一直未能得到解釋，核心要素就是熱電子。熱電子是外部能量傳導時，具有能量的電子，隨著催化劑活性的增達而增加，化學反應(yīng)時，在表面轉(zhuǎn)瞬即逝。
對此，研究團隊采用不同配比制成了鉑鈷合金納米催化劑，并采用熱電子催化劑傳感器，同時運用密度泛函理論，通過量子力學計算出分子內(nèi)電子的能量，最終印證了這一反應(yīng)的機理。為了更為明確地了解熱電子產(chǎn)生量與催化劑性能之間關(guān)系，研究團隊采用了透射電子顯微鏡（TEM）進行了觀察。實驗結(jié)果顯示，75%的鉑和25%鈷配比合成的合金納米粒子可以產(chǎn)生最多的熱電子，催化劑的性能也更高。
有趣的是，研究團隊將合金納米催化應(yīng)用于氧化氫反應(yīng)，鈷氧化物形成于鉑鈷合金納米粒子表面上時，就可以生成金屬氧化物（鉑鈷氧化物）界面。金屬氧化物界面上電荷移動增多，熱電子檢出效率也更高。
樸正榮表示，此次研究證實，合金納米催化劑反應(yīng)過程中自然形成的兩種物質(zhì)間隔的界面可以提高催化劑反應(yīng)性，熱電子的生成量也急劇增多。通過商業(yè)或高溫環(huán)境中進一步應(yīng)用，將有助于開發(fā)高效的第二代催化劑。另一方面，此次研究成果已經(jīng)刊登于綜合性科學國際學術(shù)期刊《自然通訊》(Nature Communications)。
責任編輯：陳巖
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