中新社合肥3月10日电 (记者 吴兰)中国科学技术大学曾杰教授课题组近日创制了一种新型结构的催化剂，破解了负载型催化剂烧结的关键难题。
3月10日，相关成果发表于《自然？材料》(Nature Materials)。
催化反应作为现代工业的基石，在能源转化、化工生产、环境保护等领域发挥着关键作用。稳定性是工业生产中催化剂的核心指标。
在实际催化过程中，超细金属纳米颗粒极易受到高温和复杂的化学气氛影响，从而自发聚集并导致催化活性降低，该过程被称为催化剂的烧结。
因此，面对条件极端苛刻的催化反应，如何通过发展新策略提升催化剂的稳定性，是催化科学和材料科学领域亟待解决的关键难题。
曾杰说：“我们在催化剂载体和金属纳米颗粒之间构筑了一种小尺寸、互不相连的氧化物团簇，其结构就像海洋中散落的小岛，因此被命名为‘纳米岛’。在催化反应过程中，大量金属原子组成的纳米颗粒就像被困在海岛中的‘千军’一样，被牢牢束缚在纳米岛中无法烧结。”
此次研究中，曾杰团队基于对烧结路径的深入理解，创制了一种新型纳米岛结构催化剂，并巧妙地引入电性匹配原理，使金属离子优先落于纳米岛上。与此同时，团队成员系统性地发展了纳米岛催化剂的材料库，涵盖多达270种可定制化的结构组合。
实验结果表明，纳米岛催化剂在高气体流速下实现单程400小时的稳定转化，完美应对了因反应高温、还原性气氛导致的催化剂失活困局。
“本工作发展了一种非常有效且巧妙的抗烧结催化剂制备策略，对各类材料体系具有普遍的重要意义。”审稿专家如是评价。
曾杰说：“下一步团队将探索纳米岛结构催化剂在更多工业催化场景，如二氧化碳转化中的应用，并进一步优化合成方法，实现规模化制备。”(完)