我學(xué)者首次提出移動催化概念
來源：科技日報 時間：2024-03-01 10:49
記者2月29日從中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所獲悉，該單位副研究員張斌、研究員覃勇團(tuán)隊與副研究員劉星辰合作，在化學(xué)催化領(lǐng)域率先提出了移動催化概念，并報道了首個移動催化的實例。相關(guān)成果日前發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。
負(fù)載型金屬催化劑在化學(xué)工業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過高效催化劑的研發(fā)，能夠顯著降低能耗，發(fā)展新的綠色化學(xué)過程。一般認(rèn)為，載體上的金屬原子提供催化反應(yīng)的活性位點，而活性金屬位點是靜止不動的。這導(dǎo)致載體上遠(yuǎn)離金屬位點處的中間體無法轉(zhuǎn)化，限制了金屬催化劑效率的提升。
團(tuán)隊通過多重氣相脈沖鍵合策略，將配體保護(hù)的鉑單原子鍵合在氧化鈰載體上，利用二氧化碳加氫反應(yīng)中原位產(chǎn)生的氫離子和一氧化碳的配位作用，將配體保護(hù)的鉑單原子轉(zhuǎn)化形成載體表面可移動的分子，通過提高活性中心與二氧化碳在氧化鈰載體吸附產(chǎn)生的碳酸鹽中間體之間的碰撞概率，獲得了極高的逆水煤氣催化效率。移動催化為設(shè)計各種高效非均相催化劑和其應(yīng)用提供了一種前景廣闊的策略。
移動催化概念的提出，旨在解決高分散催化劑在苛刻環(huán)境容易團(tuán)聚、不能轉(zhuǎn)化載體表面吸附物種等難題，通過構(gòu)筑真實反應(yīng)條件下可在載體上可逆鍵合和遷移、催化的金屬活性中心，提升金屬中心和反應(yīng)分子或中間體的碰撞幾率，進(jìn)而提升反應(yīng)效率。
為構(gòu)筑這種可逆鍵合物種，研究人員發(fā)展出一種多重脈沖氣相吸附策略，使用原子層沉積技術(shù)前驅(qū)體與氧化鈰載體發(fā)生多次半反應(yīng)，構(gòu)筑配位結(jié)構(gòu)相同，但覆蓋度不同的催化劑。通過自主設(shè)計建設(shè)的原子層沉積—紅外—質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)，研究人員實時觀測鉑前驅(qū)體與氧化鈰表面之間的化學(xué)反應(yīng)。
在逆水煤氣反應(yīng)中，該催化劑不僅呈現(xiàn)出極高的轉(zhuǎn)化頻率，還產(chǎn)生了反常的轉(zhuǎn)化頻率—負(fù)載量相關(guān)性，即相近表觀活化能下，具有相近初始配位結(jié)構(gòu)的鉑分子片段的本征活性隨鉑原子覆蓋度的降低而明顯提高。移動催化概念的提出，為認(rèn)識催化過程的動態(tài)行為和理解催化過程的復(fù)雜性提供了新的角度，為進(jìn)一步解決高效催化劑設(shè)計和理論研究提供良好的研究基礎(chǔ)。（韓榮）
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