研究发现贵金属簇可提高催化剂性能节省资源

卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员已经证明,贵金属原子可以在一定条件下聚集形成簇。研究发现贵金属簇可提高催化剂性能节省资源。这些簇比单个原子更具反应性,因此可以更好地去除废气。结果在自然催化》有报道。

贵金属催化剂可用于多种反应。几乎用于所有燃烧过程中,以减少污染物排放。它们通常由非常细小的活性成分(例如贵金属)颗粒组成,这些颗粒被施加到载体材料上。这些纳米粒子由数千个金属原子组成。

KIT的化学技术和高分子化学研究所(ITCP)的Jan-Dierk Grunwaldt教授解释说,只有外面的原子在反应中具有活性,而大多数原子则未被使用。通过改变操作条件,可以改变这种催化剂的结构,从而改变其活性。

研究发现贵金属簇可提高催化剂性能节省资源

具有惰性单原子(左)和活性簇(右;贵金属:白色;载体金属:黄色;氧气:红色)的贵金属催化剂的示意图。

例如,在汽车排气系统高温下(例如,在高速公路上进行较长时间的行驶时会达到这种温度),贵金属与载体之间的相互作用可能会导致单个原子的形成,即在燃烧室上形成孤立分离的金属原子。载体。由于理论上所有原子都可以参与反应,因此可以期望这种单原子催化剂达到很高的贵金属组分利用率。

获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

然而,与此期望相反,格伦瓦尔特(Grunwaldt)团队与KIT功能接口研究所的ChristofWöll教授和KIT催化研究与技术研究所的Felix Studt教授合作发现,这些原子首先必须形成贵金属簇在反应条件下变得活跃。

研究人员专门诱导了单个原子的形成,并在反应过程中彻底检查了它们的结构。在高度专业的光谱学和理论计算的帮助下,该团队首次将此类催化剂用于分析,成功地解释了为什么铂原子通常具有低活性。

为了转化污染物,它们通常必须与催化剂中的氧气反应。为此,必须同时提供两个组件,这对于孤立的铂原子而言是无法实现的,因为用于所需反应的氧气与载体组件结合得太牢固了。

断开铂-铈氧化物键后,铂原子可以在载体表面上移动。在下一步中,这些铂原子形成小的铂簇,在该簇上,反应发生的速度比单原子上快得多。

研究小组的研究表明,纳米粒子或孤立的原子都无法达到最高活性。

最佳介于两者之间。小型贵金属簇可达到此目标。稳定这些贵金属簇可能是在生产催化剂时大幅减少贵金属消耗的关键。多年来,贵金属组分的日益精细分布一直是设计新催化剂的主要策略之一。该实验现在揭示了原子范围内的极限。

该研究的结果现在将用于基于知识的设计开发具有增强的稳定性和长期活性的催化剂。这将是KIT Karlsruhe废气中心的工作重点,该中心的科学总监Maria Casapu博士是该研究的合著者。

上一篇:

下一篇:


标签