“冷凍金”一樣會“發(fā)光”

蘇大鵬

近日，中國科學(xué)院大連化物所孫劍研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種可替代貴金屬金或銀的銅催化劑，在催化加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出與傳統(tǒng)銅催化劑完全不同，而與金或銀接近的性能。相關(guān)研究成果發(fā)表于日前出版的頂級期刊《科學(xué)—進(jìn)展》上。

原子的外圍電子結(jié)構(gòu)常常會決定金屬的化學(xué)性質(zhì)。金、銀等貴金屬電子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，一般條件下不易與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并具有耐高溫、抗氧化等優(yōu)良特性，成為最重要的催化劑材料。但其價格昂貴，限制了實(shí)際應(yīng)用。同族的非貴金屬銅更易獲得且價格便宜，但在催化反應(yīng)中更易被氧化，化學(xué)性質(zhì)并不穩(wěn)定。

為提高銅催化劑的穩(wěn)定性，該研究團(tuán)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(jié)構(gòu)，使銅表現(xiàn)出貴金屬金和銀的特性，進(jìn)而替代金、銀催化劑。這種等離子體流轟擊銅改變其電子結(jié)構(gòu)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(qū)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(guān)實(shí)驗結(jié)果顯示，被“冷凍”的銅納米顆粒在反應(yīng)過程中可被鎖定在一定溫度內(nèi)，“冷凍”的銅納米顆粒催化劑表現(xiàn)出了與貴金屬金或銀極其類似的催化性能。該結(jié)果顛覆了銅催化劑利于發(fā)生深度加氫反應(yīng)的傳統(tǒng)認(rèn)知，證明了銅金屬經(jīng)過處理，可以表現(xiàn)出與貴金屬金或銀極其類似的催化性能。