抑制催化劑燒結的 臨界顆粒距離被成功量化

科技日報訊 （記者吳長鋒）記者從中國科學技術大學獲悉，該校梁海偉教授課題組與李微雪教授課題組等開展實驗和理論合作研究，成功量化抑制催化劑燒結的臨界顆粒距離，在此基礎上提出了製備高擔載量納米催化劑的有效策略。該研究成果日前發表在國際期刊《自然·通訊》上。

負載型金屬納米顆粒催化劑的燒結問題一直是研究熱點。特別在高温下，由於表面能隨着粒徑的減小而急劇增加，金屬納米顆粒有很強的燒結傾向，從而不可避免地會導致活性金屬表面積的損失，導致催化劑失活。催化劑燒結需要跨越顆粒間距建立接觸才能發生，顆粒間距在催化劑燒結中起到關鍵作用，但迄今缺少相關定量化研究。

研究人員首先使用具有不同比表面積的碳載體，通過調控金屬載量構建出不同顆粒間距的催化劑體系，並考察其在高温900℃下的燒結情況。高角環形暗場透射電鏡和X射線衍射表徵發現存在明顯的抑制金屬燒結的臨界擔載量和臨界顆粒距離。基於此，研究人員定量化出抑制催化劑燒結的臨界顆粒距離。

通過結合燒結動力學理論研究，研究人員得到顆粒在載體表面擴散的動力學關係，並發現臨界顆粒距離取決於金屬和載體相互作用的強度。進一步，研究人員探索了該類催化劑在高温丙烷脱氫催化反應中的抗燒結特性，説明了臨界顆粒距離的定量化研究對實際催化反應的意義。