成果！我國科研人員發(fā)現(xiàn)催化劑均相化新思路

3月16日，科技日報(bào)記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院吳長征教授實(shí)驗(yàn)課題組和工程科學(xué)學(xué)院近代力學(xué)系的吳恒安教授理論計(jì)算課題組合作，將電催化活性金屬溶解于熔融態(tài)鎵中，成功實(shí)現(xiàn)了非均相催化劑表面活性位點(diǎn)的均相化，將二氧化碳還原產(chǎn)物甲酸的選擇性提高到95%以上，相關(guān)成果日前在線發(fā)表在《自然·催化》雜志上。

非均相催化劑由于存在各種缺陷、臺階、轉(zhuǎn)角、晶面等，表面的活性組分往往處于不同的局域配位環(huán)境，導(dǎo)致出現(xiàn)多活性位點(diǎn)并存現(xiàn)象，由此造成產(chǎn)物選擇性下降。而均相催化劑由于活性中心單一，結(jié)構(gòu)簡單、明晰，在產(chǎn)物選擇性以及用作反應(yīng)機(jī)理研究模型方面具有明顯的優(yōu)勢。因此，將非均相催化劑均相化有望成為催化性能提升以及推進(jìn)反應(yīng)機(jī)理研究的關(guān)鍵途徑。

針對這一挑戰(zhàn)，吳長征教授團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，選擇以近室溫熔融的金屬鎵作為具有二氧化碳還原電催化活性的錫和銦的基底，從一種全新的角度實(shí)現(xiàn)了錫和銦非均相催化劑的均相化。原位結(jié)構(gòu)表征和第一性原理分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)：固態(tài)時(shí)，錫和銦形成了相分離的納米團(tuán)簇，均勻嵌入在固態(tài)該基質(zhì)中;而液態(tài)時(shí)，錫和銦以單原子形式游離分散在熔融態(tài)鎵中。進(jìn)一步電子結(jié)構(gòu)表征顯示，負(fù)載在液態(tài)鎵中的活性中心相比于固態(tài)鎵具有顯著增強(qiáng)的還原性，使得二氧化碳還原產(chǎn)物甲酸的選擇性由固態(tài)時(shí)的30%左右提高到了液態(tài)時(shí)的95%以上，析氫副反應(yīng)得以明顯抑制。此外，液態(tài)合金由于具有良好的氧化還原可逆性以及表面組分的可流動(dòng)性，表現(xiàn)出自修復(fù)特性，其催化穩(wěn)定性得以顯著改善。

該項(xiàng)研究成果探索了液態(tài)材料作為非均相催化劑負(fù)載基底方面的可行性，為非均相催化劑均相化提供了一種新的表界面合成思路。(記者吳長鋒)

關(guān)鍵詞： 催化劑 均相化