多学科合作使催化剂效率提高了50倍

乌特勒支大学的一组化学家和物理学家成功地设计了一种新的催化剂。通过精确地结合两种金属原子，他们创造了一种高效的催化材料。由Petra de Jongh教授(化学)和Alfons van Blaaderen教授(物理)领导的研究小组今天在《自然材料》发表了他们的发现。

纳米粒子

催化剂对我们的社会有很大的影响。大约90%的工业化学过程使用催化剂来加速化学转化。这些催化剂通常含有微小的金属颗粒，称为纳米颗粒，比人类头发的宽度小约10，000倍。这些纳米粒子的结构和组成决定了催化剂的质量。即使是这些纳米粒子的微小变化也会导致性能的巨大差异，对我们的社会产生重大的经济和环境影响。

双金属催化剂：当两个比一个好时

“改进催化材料性能的一个重要进展是将由单一金属制成的传统催化剂转化为双金属催化剂。佩特拉德容解释说，两种不同的金属结合在一起。这些双金属催化剂效果更好，但也带来了新的挑战。”挑战在于，用常规技术，你很难控制纳米粒子的结构来形成粒子。不同金属、不同形状和尺寸的金属严重阻碍了这些双金属催化剂的效率。“施巧灵范德霍温博士的主要目标是设计原子精度的双金属催化剂。她是德拜纳米材料研究所的两个小组的成员，该研究所由德琼(化学)和范布拉德伦(物理)共同指导。

将原子排列成核壳结构

范德霍温发现了一种方法，可以在核壳纳米粒子中结合两种金属(金和钯)，同时控制钯原子的数量。这些新催化剂已经在丁二烯的选择性氢化中进行了测试，这是纯化用于制造塑料的原料的关键过程。德容指出：“我们非常高兴地看到，采用这种核壳设计，我们制造的催化剂的性能比仅含金或仅含钯或两者任意混合物的催化剂高50倍。”

范德霍温补充道：“令我们惊讶的是，我们不仅观察到纳米粒子表面的原子类型会影响性能，而且表面下各层的原子性质也同样重要。”在这份出版物的合著者、德国卡尔斯鲁厄理工学院的理论家和巴黎索邦大学的光谱学家的帮助下，他们详细研究了这种效应。

底部有足够空间

尽管目前的金钯核壳催化剂超出了他们的预期，但作者认为仍有许多改进的机会。范布拉德伦评论道：“我们才刚刚开始。”“现在我们知道如何排列原子纳米粒子、种类结构和金属。我们可以探索的组合是巨大的。”未来的梦想是在物理学家理查德费曼的启发下，继续自下而上地建造催化剂材料，他曾预言“人类有足够的空间在底部建造”，并在这种情况下一个原子一个原子或一层一层地填充材料。