 |
 |
 |
 |
 |
 |
||
 |
 |
 |
 |
 |
| 查看: 13051 | 回復(fù): 148 | ||||||||
clay8519木蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
|
[交流]
【原創(chuàng)】大連化物所催化基礎(chǔ)理論研究取得重要突破，發(fā)于Science 已有142人參與
|
|
納米結(jié)構(gòu)限域的配位不飽和金屬原子是眾多酶催化和均相催化反應(yīng)的活性中心。在負(fù)載型多相催化體系中，實(shí)現(xiàn)可控制備具有類(lèi)似酶結(jié)構(gòu)特征的高效、穩(wěn)定的活性中心，對(duì)多相催化的發(fā)展具有十分重要意義，也是對(duì)催化基礎(chǔ)理論研究的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。大連化物所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室納米和界面研究組包信和、傅強(qiáng)和馬丁，與理論催化研究組李微雪等研究人員合作，借助貴金屬表面與單層氧化亞鐵薄膜中鐵原子的強(qiáng)相互作用所產(chǎn)生的界面限域效應(yīng)，結(jié)合表面科學(xué)實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論計(jì)算的研究結(jié)果，成功地構(gòu)建了表面配位不飽和亞鐵結(jié)構(gòu)（Coordinatively Unsaturated Ferrous，CUF）。這種界面限域的CUF中心與金屬載體協(xié)同作用，在分子氧的低溫活化過(guò)程顯示出非常獨(dú)特的催化活性，應(yīng)用于富氫氣氛下一氧化碳選擇氧化（CO PROX），在質(zhì)子膜燃料電池（PEMFC）實(shí)際工作條件下（80-100度，水蒸氣和CO2存在），成功地實(shí)現(xiàn)了燃料氫氣中微量CO的高效去除。這一工作以研究報(bào)告(Report)形式發(fā)表在5月28日出版的《Science》雜志上(Science 2010, 328, 1141) ，美國(guó)《C&E News》和英國(guó)《Chemistry World》同時(shí)對(duì)這一工作進(jìn)行了報(bào)道。 選擇氧化是化工過(guò)程中非常重要的一類(lèi)催化過(guò)程，在采用空氣中氧氣作氧化劑時(shí)，往往需要較高反應(yīng)溫度，才能使穩(wěn)定的氧分子在催化劑作用下解離成具有高活性的原子氧物種。但是，這種活性氧物種在高溫下往往具有較差的選擇性，在反應(yīng)中不僅可以將反應(yīng)物氧化成目標(biāo)產(chǎn)物，而且還極易導(dǎo)致深度氧化，釋放出大量的溫室氣體CO2，降低了資源的利用效率。因此，設(shè)計(jì)和調(diào)控催化劑以實(shí)現(xiàn)溫和條件下分子氧的高效活化，是對(duì)催化基礎(chǔ)理論和催化劑創(chuàng)制的一大挑戰(zhàn)。我所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室包信和院士領(lǐng)導(dǎo)的研究組，在理解和認(rèn)識(shí)自然界中高效加氧酶作用原理的基礎(chǔ)上，采用多種先進(jìn)的表面和納米實(shí)驗(yàn)研究手段，并與理論研究密切合作，經(jīng)過(guò)八年多的艱苦努力，在貴金屬鉑表面創(chuàng)造性地構(gòu)建了具有配位不飽和的亞鐵納米結(jié)構(gòu)，成功地實(shí)現(xiàn)了室溫條件下分子氧的高效活化，用于催化CO的低溫脫除和甲醇的選擇氧化等反應(yīng)，取得了重要突破。 眾所周知，CO在貴金屬表面有很強(qiáng)的吸附作用，阻塞了表面反應(yīng)的活性位，從而導(dǎo)致CO中毒。在大量涉及貴金屬催化的反應(yīng)體系中（如鉑催化加氫反應(yīng)，燃料電池鉑催化劑等），微量CO的存在就會(huì)導(dǎo)致催化劑的迅速失活。包信和等人的研究發(fā)現(xiàn)，在貴金屬鉑表面可以實(shí)現(xiàn)可控生長(zhǎng)2～5納米大小的規(guī)整單層氧化亞鐵（FeO）島，在這些納米島邊緣形成一種配位不飽和的亞鐵中心（CUF）。與李微雪研究員合作，采用基于第一性原理的密度泛函理論對(duì)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論研究，發(fā)現(xiàn)單層氧化亞鐵的穩(wěn)定存在來(lái)源于Fe與Pt表面的強(qiáng)相互作用，并通過(guò)這種氧化物與金屬界面的限域效應(yīng)穩(wěn)定了納米島邊界上的CUF中心，這些亞鐵活性位對(duì)分子氧具有較強(qiáng)的吸附能力（吸附能為-1.53 eV），但不吸附CO，從而解決了CO的中毒問(wèn)題。進(jìn)一步計(jì)算研究表明，吸附在CUF中心的分子氧在幾乎不需要活化能的情況下便能迅速解離，生成高活性的原子氧物種，完成催化氧化反應(yīng)。 由基礎(chǔ)研究得到的概念推廣到真實(shí)催化劑的創(chuàng)制過(guò)程，該研究組成功地制備出了SiO2擔(dān)載的粒子尺寸在3～5納米左右的Pt-Fe催化劑，用于氫氣中微量CO的催化脫除反應(yīng)（PROX）。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)原料氣的配比（CO：O2：H2）為1：0.5：98.5時(shí)，在室溫條件下，CO的轉(zhuǎn)化率和氧分子氧化CO的選擇性均達(dá)到100%。這表明，在大量氫氣存在條件下，由該催化劑活化形成的原子氧物種高選擇性地進(jìn)行了CO氧化反應(yīng)；而在相似反應(yīng)條件下，采用通常的鉑催化劑，CO的轉(zhuǎn)化率僅為5%左右。借用新近落成的上海光源裝置，對(duì)真實(shí)催化反應(yīng)過(guò)程中Pt-Fe催化劑進(jìn)行原位X射線吸收譜表征，發(fā)現(xiàn)當(dāng)催化反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，催化劑表面的鐵物種處于低價(jià)的亞鐵狀態(tài)，這一結(jié)果很好地驗(yàn)證了基礎(chǔ)研究和理論分析得到的結(jié)論。 該研究組進(jìn)一步與新源動(dòng)力股份有限公司合作，將該催化劑應(yīng)用到質(zhì)子交換膜燃料電池燃料氣氫氣中微量（30 ppm）CO脫除的實(shí)際過(guò)程，在燃料電池真實(shí)操作條件下（60-80oC低溫，25%CO2和15%水蒸汽），成功地實(shí)現(xiàn)了CO完全脫除（< 1 ppm）。這是世界上首次報(bào)道的用于燃料電池中CO高效脫除的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果。目前，該催化劑已正常運(yùn)行超過(guò)1500小時(shí)，相關(guān)的催化劑制備技術(shù)和催化反應(yīng)過(guò)程已申報(bào)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。 在這一高效的催化體系中，貴金屬鉑除了提供CO吸附位之外，另一個(gè)非常重要的作用就是像生物酶中的蛋白配體一樣，通過(guò)與鐵的強(qiáng)相互作用提供了一種納米界面限域機(jī)制，穩(wěn)定了具有高活性的CUF結(jié)構(gòu)，并在反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了催化循環(huán)。依據(jù)這一概念，該研究組正在進(jìn)一步尋找合適的襯底材料（如納米結(jié)構(gòu)碳材料、復(fù)合材料等），使其能發(fā)揮與貴金屬鉑類(lèi)似的功能，從而實(shí)現(xiàn)這類(lèi)催化劑中貴金屬的替代。同時(shí)，由此發(fā)展起來(lái)的“界面限域催化”概念，為更深入地理解多相催化反應(yīng)機(jī)制和創(chuàng)制新的納米催化體系提供了重要的理論基礎(chǔ)和科學(xué)指導(dǎo)。 該項(xiàng)目得到了國(guó)家科技部，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院的持續(xù)資助，以及上海光源和合肥微尺度國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的支持和幫助。（文/圖 傅強(qiáng)） |
回復(fù)此樓» 收錄本帖的淘帖專(zhuān)輯推薦
 鋰電池負(fù)極材料 | 催化相關(guān) | 科研圣典【直接下載】 | 碳催化 |
| 燃料電池 |
» 本帖已獲得的紅花（最新10朵）
peakcsr» 猜你喜歡
材料/化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)2026級(jí)學(xué)術(shù)/專(zhuān)業(yè)型碩士研究生
已經(jīng)有19人回復(fù)
-
求催化作用基礎(chǔ)第三版 （甄開(kāi)吉) 課件
已經(jīng)有3人回復(fù)
-
物理化學(xué)論文潤(rùn)色/翻譯怎么收費(fèi)?
已經(jīng)有228人回復(fù)
-
26年材料/化學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)博士研究生招生 溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院(26年秋季入學(xué))
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
求助電催化劑制備，怎么在碳布表面生長(zhǎng)PdCo合金
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
求助電催化劑制備，怎么在碳布表面生長(zhǎng)PdCo合金
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
304求調(diào)劑
已經(jīng)有3人回復(fù)
-
上海華東理工大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院先進(jìn)材料與制造研究組招聘公告
已經(jīng)有0人回復(fù)
-
304求調(diào)劑
已經(jīng)有3人回復(fù)
-
ANSYS 靜態(tài)結(jié)構(gòu) 多線性隨動(dòng)硬化 應(yīng)變值怎么計(jì)算
已經(jīng)有1人回復(fù)
» 本主題相關(guān)商家推薦: (我也要在這里推廣)
» 本主題相關(guān)價(jià)值貼推薦，對(duì)您同樣有幫助:
- 大連化物所催化類(lèi)博導(dǎo)推薦
已經(jīng)有12人回復(fù)
- 【課件】催化劑制備方法（中科院大連化物所）
已經(jīng)有305人回復(fù)
- 大連化物所研究員張濤制備出原子級(jí)鉑催化劑
已經(jīng)有62人回復(fù)
- 有誰(shuí)知道大連化物所研制的催化劑D0123 的一些基本信息（煤化工），
已經(jīng)有8人回復(fù)
- 【交流】求助中科院大連化物所工業(yè)催化真題
已經(jīng)有6人回復(fù)
- 【分享】大連化物所蛋白質(zhì)和RNA復(fù)合物相互作用的研究工作取得新進(jìn)展
已經(jīng)有10人回復(fù)
- 【資源】化物所又發(fā)Science文章了
已經(jīng)有87人回復(fù)
- 【轉(zhuǎn)帖】中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所韓布興研究員催化方面的文章發(fā)表在最新《science》上
已經(jīng)有71人回復(fù)
clay8519
木蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
- 應(yīng)助: 11 (小學(xué)生)
- 金幣: 2523.7
- 散金: 85
- 紅花: 78
- 帖子: 330
- 在線: 254.8小時(shí)
- 蟲(chóng)號(hào): 668196
- 注冊(cè): 2008-12-04
- 性別: GG
- 專(zhuān)業(yè): 催化化學(xué)
2樓2010-05-28 21:02:15
bjhg128
木蟲(chóng) (小有名氣)
- 應(yīng)助: 2 (幼兒園)
- 金幣: 4400.7
- 散金: 3
- 紅花: 2
- 帖子: 134
- 在線: 182.8小時(shí)
- 蟲(chóng)號(hào): 525228
- 注冊(cè): 2008-03-14
- 性別: GG
- 專(zhuān)業(yè): 白血病
3樓2010-05-28 21:18:23
suman
木蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
- 應(yīng)助: 8 (幼兒園)
- 金幣: 2867.1
- 散金: 110
- 紅花: 5
- 帖子: 1093
- 在線: 528.2小時(shí)
- 蟲(chóng)號(hào): 165799
- 注冊(cè): 2006-01-13
- 性別: GG
- 專(zhuān)業(yè): 化學(xué)反應(yīng)工程
4樓2010-05-28 21:26:05
5樓2010-05-28 21:31:36
nklyw
木蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
- 應(yīng)助: 0 (幼兒園)
- 金幣: 1772.6
- 散金: 28
- 紅花: 1
- 帖子: 645
- 在線: 66.4小時(shí)
- 蟲(chóng)號(hào): 843751
- 注冊(cè): 2009-09-08
- 專(zhuān)業(yè): 病原細(xì)菌與放線菌生物學(xué)
6樓2010-05-28 21:36:10
jh8381
木蟲(chóng) (知名作家)
- 應(yīng)助: 0 (幼兒園)
- 金幣: 4149.6
- 散金: 5242
- 紅花: 9
- 帖子: 6311
- 在線: 234.3小時(shí)
- 蟲(chóng)號(hào): 184894
- 注冊(cè): 2006-02-14
- 性別: MM
- 專(zhuān)業(yè): 波譜分析與成像分析
7樓2010-05-28 21:38:29
cosmicking
木蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
- 應(yīng)助: 14 (小學(xué)生)
- 金幣: 5492.3
- 散金: 124
- 帖子: 712
- 在線: 425.7小時(shí)
- 蟲(chóng)號(hào): 230449
- 注冊(cè): 2006-03-26
- 專(zhuān)業(yè): 催化化學(xué)
8樓2010-05-28 21:42:04
lada
木蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
- 應(yīng)助: 0 (幼兒園)
- 金幣: 3374.4
- 帖子: 761
- 在線: 97.6小時(shí)
- 蟲(chóng)號(hào): 70212
- 注冊(cè): 2005-05-25
- 專(zhuān)業(yè): 無(wú)機(jī)非金屬類(lèi)光電信息與功
9樓2010-05-28 21:46:04
★
小木蟲(chóng)(金幣+0.5):給個(gè)紅包，謝謝回帖交流
小木蟲(chóng)(金幣+0.5):給個(gè)紅包，謝謝回帖交流
 |
10樓2010-05-28 21:49:55
相關(guān)版塊跳轉(zhuǎn)
我要訂閱樓主 clay8519 的主題更新
| 最具人氣熱帖推薦 [查看全部] | 作者 | 回/看 | 最后發(fā)表 | |
|---|---|---|---|---|
|
[考研] 求調(diào)劑 +3 | 暗涌afhb 2026-03-16 | 3/150 |
|
|---|---|---|---|---|
|
|
[考研] 一志愿吉林大學(xué)材料學(xué)碩321求調(diào)劑 +9 | Ymlll 2026-03-18 | 12/600 |
|
|
|
[考研] 286分人工智能專(zhuān)業(yè)請(qǐng)求調(diào)劑愿意跨考！ +3 | lemonzzn 2026-03-17 | 3/150 |
|
|
[考研] 材料學(xué)碩318求調(diào)劑 +5 | February_Feb 2026-03-19 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 288求調(diào)劑 +15 | 于海海海海 2026-03-19 | 15/750 |
|
|
|
[考研] 一志愿北京化工大學(xué)0703化學(xué)318分，有科研經(jīng)歷，求調(diào)劑 +3 | 一瓶苯甲酸 2026-03-14 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 化學(xué)求調(diào)劑 +3 | 臨澤境llllll 2026-03-17 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 0703化學(xué)調(diào)劑 +5 | pupcoco 2026-03-17 | 8/400 |
|
|
|
[考研] 311求調(diào)劑 +4 | 冬十三 2026-03-18 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 311求調(diào)劑 +11 | 冬十三 2026-03-15 | 12/600 |
|
|
|
[考研] 298-一志愿中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)-求調(diào)劑 +7 | 手機(jī)用戶 2026-03-17 | 7/350 |
|
|
|
[考研] 297求調(diào)劑 +8 | 戲精丹丹丹 2026-03-17 | 8/400 |
|
|
|
[考研] 考研求調(diào)劑 +3 | 橘頌. 2026-03-17 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 考研化學(xué)學(xué)碩調(diào)劑，一志愿985 +4 | 張vvvv 2026-03-15 | 6/300 |
|
|
|
[論文投稿] 有沒(méi)有大佬發(fā)小論文能帶我個(gè)二作 +3 | 增銳漏人 2026-03-17 | 4/200 |
|
|
|
[考研] 0856求調(diào)劑 +3 | 劉夢(mèng)微 2026-03-15 | 3/150 |
|
|
|
[考研] 080500，材料學(xué)碩302分求調(diào)劑學(xué)校 +4 | 初識(shí)可樂(lè) 2026-03-14 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 材料與化工 323 英一+數(shù)二+物化，一志愿：哈工大 本人本科雙一流 +4 | 自由的_飛翔 2026-03-13 | 5/250 |
|
|
|
[考研] 中科大材料專(zhuān)碩319求調(diào)劑 +3 | 孟鑫材料 2026-03-13 | 3/150 |
|
|
|
[碩博家園] 085600 260分求調(diào)劑 +3 | 天空還下雨么 2026-03-13 | 5/250 |
|