中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授梁海偉、李微雪等開展實(shí)驗(yàn)和理論合作研究，成功量化抑制催化劑燒結(jié)的臨界顆粒距離，在此基礎(chǔ)上提出了制備高擔(dān)載量納米催化劑的有效策略。該成果近日發(fā)表于《自然—通訊》。

在多相催化領(lǐng)域，負(fù)載型金屬納米顆粒催化劑的燒結(jié)問題一直是研究熱點(diǎn)。催化劑燒結(jié)機(jī)制包括顆粒遷移和聚集（PMC）、Ostwald熟化兩種，顆粒間距在其中起到關(guān)鍵作用。

研究人員首先使用具有不同比表面積的碳載體，通過調(diào)控金屬載量構(gòu)建出不同顆粒間距的催化劑體系，并考察它們?cè)?00℃下的燒結(jié)情況。高角環(huán)形暗場(chǎng)透射電鏡和X射線衍射表征發(fā)現(xiàn)，存在明顯的抑制金屬燒結(jié)的臨界擔(dān)載量和臨界顆粒距離，并基于此定量化抑制催化劑燒結(jié)的臨界顆粒距離。

研究發(fā)現(xiàn)，在顆粒間距較小的催化劑中，顆粒相距較近，主要通過PMC機(jī)制發(fā)生燒結(jié)，并且聚集引起的粒徑分布寬化會(huì)增加不同顆粒尺寸和表面能的差異，從而加劇顆粒Ostwald熟化；而在顆粒間距較大的催化劑中，顆粒相距較遠(yuǎn)，PMC機(jī)制被很大程度上抑制，同時(shí)Ostwald熟化也會(huì)減緩。

他們進(jìn)一步計(jì)算出金屬顆粒表面化學(xué)勢(shì)，發(fā)現(xiàn)臨界顆粒距離取決于金屬和載體相互作用的強(qiáng)度，并探索了該類催化劑在高溫丙烷脫氫催化反應(yīng)中的抗燒結(jié)特性，說明了臨界顆粒距離的定量化研究對(duì)實(shí)際催化反應(yīng)的意義。

這項(xiàng)工作提供了一種對(duì)于給定催化劑載體預(yù)測(cè)最高擔(dān)載量的方法，以及通過調(diào)節(jié)金屬和載體相互作用以及載體比表面積來系統(tǒng)提高抗燒結(jié)催化劑最大擔(dān)載量的有效策略。（桂運(yùn)安）