“冷凍金”一樣會“發光”

蘇大鵬

近日，中國科學院大連化物所孫劍研究團隊發現了一種可替代貴金屬金或銀的銅催化劑，在催化加氫反應中表現出與傳統銅催化劑完全不同，而與金或銀接近的性能。相關研究成果發表于日前出版的頂級期刊《科學—進展》上。

原子的外圍電子結構常常會決定金屬的化學性質。金、銀等貴金屬電子結構穩定，一般條件下不易與其他化學物質發生化學反應，并具有耐高溫、抗氧化等優良特性，成為最重要的催化劑材料。但其價格昂貴，限制了實際應用。同族的非貴金屬銅更易獲得且價格便宜，但在催化反應中更易被氧化，化學性質并不穩定。

為提高銅催化劑的穩定性，該研究團隊嘗試通過“高能等離子體流轟擊”的方法，改變銅的外圍電子結構，使銅表現出貴金屬金和銀的特性，進而替代金、銀催化劑。這種等離子體流轟擊銅改變其電子結構的過程，被科研人員比喻為對銅催化劑的“冷凍”處理。它是采用磁控濺射裝置，在電場驅動下，定向轟擊銅金屬靶，使得金屬銅以原子形式均勻沉積于載體表面。

相關實驗結果顯示，被“冷凍”的銅納米顆粒在反應過程中可被鎖定在一定溫度內，“冷凍”的銅納米顆粒催化劑表現出了與貴金屬金或銀極其類似的催化性能。該結果顛覆了銅催化劑利于發生深度加氫反應的傳統認知，證明了銅金屬經過處理，可以表現出與貴金屬金或銀極其類似的催化性能。