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近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所與日本富山大學(xué)的研究人員合作構(gòu)建了800℃高溫穩(wěn)定的銅基多相催化劑。
合作團(tuán)隊(duì)結(jié)合磁控濺射(SP)和火焰噴射(FSP)兩種負(fù)載型催化劑制備新技術(shù)，分別對(duì)金屬銅的電子結(jié)構(gòu)和TiO?載體的可還原性進(jìn)行重構(gòu)，首次在較低溫條件下構(gòu)建了非貴金屬銅基催化劑上經(jīng)典的金屬載體強(qiáng)相互作用，進(jìn)而實(shí)了耐水耐高溫銅催化劑的可控制備。
長(zhǎng)期以來，銅基催化劑因其廉價(jià)和高活性而被廣泛應(yīng)用于多種工業(yè)催化反應(yīng)中。但受限于較低的塔曼溫度，銅納米顆粒極易在300℃以上燒結(jié)聚集而導(dǎo)致失活，限制了其高溫應(yīng)用。因此，構(gòu)建可穩(wěn)定銅顆粒的保護(hù)層，從根本上限制其聚集長(zhǎng)大是解決該問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。
然而，金屬銅的功函數(shù)較低，并且對(duì)氫氣活化能力較弱，較難誘導(dǎo)載體物種向其表面遷移形成包裹，無法統(tǒng)貴金屬一樣在溫和條件下形成金屬載體強(qiáng)相互作用。
該工作中，科研人員通過利用自主開發(fā)的SP技術(shù)，改變了銅的外圍電子環(huán)境，并采用FSP技術(shù)，增加了氧化物中晶格氧無序度，分別促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移和載體還原，實(shí)現(xiàn)了在300℃較溫和條件下即可形成SMSI。
研究發(fā)現(xiàn)，在高溫(550℃~800℃)CO?加氫(逆水氣變換)反應(yīng)條件下，該銅基多相催化劑可連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行700小時(shí)，并且未見顆粒長(zhǎng)大。該工作實(shí)現(xiàn)了銅催化劑上SMSI的構(gòu)筑和調(diào)控，闡明了催化劑表界面上的反應(yīng)過程和催化機(jī)理，為提高銅基催化劑的水熱穩(wěn)定性提供了新策略，有望進(jìn)一步拓寬銅基催化劑的高溫應(yīng)用領(lǐng)域。
近年來，孫劍團(tuán)隊(duì)在CO?加氫和先進(jìn)納米催化材料的制備和新應(yīng)用方面取得系列成果，采用SP技術(shù)和FSP技術(shù)開發(fā)出與傳統(tǒng)催化劑不同性質(zhì)的催化材料，并應(yīng)用于加氫、氧化、重整等多種催化反應(yīng)中。
