記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校梁海偉教授課題組與李微雪教授課題組等開展實(shí)驗和理論合作研究，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。該研究成果日前發(fā)表在國際期刊《自然•通訊》上。
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)。特別在高溫下，由于表面能隨著粒徑的減小而急劇增加，金屬納米顆粒有很強(qiáng)的燒結(jié)傾向，從而不可避免地會導(dǎo)致活性金屬表面積的損失，導(dǎo)致催化劑失活。催化劑燒結(jié)需要跨越顆粒間距建立接觸才能發(fā)生，顆粒間距在催化劑燒結(jié)中起到關(guān)鍵作用，但迄今缺少相關(guān)的定量化研究。
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，并考察他們在高溫900°C下的燒結(jié)情況。高角環(huán)形暗場透射電鏡和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。基于此，研究人員定量化出抑制催化劑燒結(jié)的臨界顆粒距離。
通過結(jié)合燒結(jié)動力學(xué)理論研究，研究人員得到顆粒在載體表面擴(kuò)散的動力學(xué)關(guān)系，并發(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。進(jìn)一步，研究人員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實(shí)際催化反應(yīng)的意義。
該成果提供了一種對于給定催化劑載體預(yù)測最高擔(dān)載量的方法，并提供了一種通過調(diào)節(jié)金屬和載體相互作用以及載體比表面積，來系統(tǒng)地提高抗燒結(jié)催化劑最大擔(dān)載量的有效策略。(記者 吳長鋒)
關(guān)鍵詞： 抑制催化劑燒結(jié) 高擔(dān)載量納米催化劑
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