贵金属铂作为化学反应催化剂，在清洁能源、汽车工业等领域中有着广泛的应用。据《科学》（Science）报道，研究人员用高温处理的方法获得了稳定的单原子铂催化剂，有望在实际应用中减少铂的用量，从而降低催化剂成本。
高温下运动的氧化铂被二氧化铈表面捕获，随后铂与其表面氧原子成键，形成孤立的铂原子。该单原子铂催化剂热稳定性好，可以用于净化汽车尾气。图片来源：华盛顿州立大学
贵金属铂性质独特、应用广泛，许多常见的化学产品与化学过程都离不开铂基催化剂。例如，在金属氧化物上负载铂纳米颗粒所形成的多相催化剂可用于催化式排气净化器，促进有毒的一氧化碳废气向无毒的二氧化碳转化。
由于贵金属铂价格昂贵且储量稀少，工业界一直以来都希望降低其用量，开发出新型催化剂，更有效地利用每一个铂原子。然而，在较高的反应温度下，原子运动能力很强，贵金属原子或纳米颗粒都极易在载体上团聚成块，块体内部的铂原子无法用于催化反应，因此催化剂效率会出现明显下降。这也就是汽车上的催化式排气净化器需要接受定期检查以保证其净化效率的主要原因。
新墨西哥大学（University of New Mexico）与华盛顿州立大学（Washington State University）开展合作研究，用高温处理的独特方法，在二氧化铈（CeO2）表面锚定了孤立的铂原子，获得了更加稳定的单原子铂催化剂，提升了催化反应效率。
华盛顿州立大学化学工程与生物工程学院（Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering）的杰出教授（Voiland Distinguished Professor）Yong Wang是该论文的作者之一，他介绍说：“贵金属在排气控制中已经取得了广泛的应用，但研究人员仍不断想方设法提高其利用率和稳定性。在达到催化效果的前提下，贵金属的用量越少越好，但在高温等工作环境下，通常很难避免贵金属催化剂发生团聚。”
新墨西哥大学和华盛顿州立大学的研究团队采用了一种独特的捕获铂原子的方法，能够保证孤立的铂原子的稳定性，延长其催化寿命。二氧化铈是工业中常见的材料，成本低廉，研究人员合成出二氧化铈的纳米棒与纳米多面体，用这些形貌如“冰糖块”的纳米材料来做铂原子的“捕获器”。纳米尺度的二氧化铈比表面积大，表面缺陷很多，可用于捕获铂原子，避免铂原子的团聚，发挥铂单原子催化的效果。
该研究团队的带头人Abhaya Datye是新墨西哥大学化学生物工程（Chemical and Biological Engineering）的董事会杰出教授（Distinguished Reagents’ Professor）。他说：“这项成果非常不可思议，我们把二氧化铈与铂基催化剂混合到一起，通过简单处理，就让单原子铂锚定在了二氧化铈载体上，而且这种单原子催化剂的催化效果可以不断保持下去。”
“更加神奇的是，我们用高温加热混合物的方式实现了单原子铂在载体上的锚定，而在之前的研究中，高温是加速催化剂老化的不利因素之一。”Abhaya补充道。同时，将二氧化铈与铂基催化剂混合的过程也很简单，无需加入其他前驱体。
Wang在评价这项工作时说：“我们的工作为后续研究提供了指导，有助于工业界开发新型催化剂，更好地利用贵金属材料，进一步提高贵金属催化剂的稳定性。”
翻译：王舟
审稿：赵昌昊
原文链接：
1. https://www.sciencedaily.com/releases/2016/07/160707151001.htm
2. http://science.sciencemag.org/content/353/6295/150
“火热”的单原子催化剂
特别声明：本文转载仅仅是出于科普传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或其它相关事宜，请与我们接洽。
[责任编辑：系统管理员]
留言