近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員孫劍、副研究員俞佳楓團隊，與日本富山大學教授Noritatsu Tsubaki等人合作，通過改變銅表面的電子結構性質、增強二氧化鈦載體的還原性，首次在較低溫度下讓銅基催化劑表面形成保護層，從而構建出800℃高溫穩定的銅基多相催化劑。
長期以來，銅基催化劑因其廉價和高活性被廣泛應用于多種工業催化反應中。但銅納米顆粒極易在300℃以上的高溫下燒結聚集而失活，嚴重限制了其高溫應用。因此，構建保護層，給銅顆粒穿上“金鐘罩鐵布衫”，限制其聚集長大成為解決這一問題的關鍵技術之一。然而，不同于金等貴金屬催化劑，銅基催化劑的載體很難向銅表面遷移發生強相互作用，形成包裹。
“這是由于銅的熔點低，當處于高溫環境時，小尺寸的銅顆粒極易‘抱團’，聚集長大成大顆粒而導致失活。”孫劍解釋。
研究中，合作團隊通過利用自主開發的磁控濺射技術，改變了銅的外圍電子環境，同時采用火焰噴射技術，增加了氧化物中晶格氧無序度，分別促進電子轉移和載體還原，在300℃較溫和條件下讓銅基催化劑表面形成保護層。進一步的研究發現，在高溫二氧化碳加氫反應條件下，該銅基多相催化劑可連續穩定運行700小時，保持催化活性，未見銅納米顆粒聚集。
孫劍表示，該研究實現了銅基催化劑保護層的構筑和調控，闡明了催化劑表界面上的反應過程和催化機理，為提高銅基催化劑的水熱穩定性提供了全新策略，有望進一步拓寬銅基催化劑的高溫應用領域。
該研究得到國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、興遼英才青年拔尖人才計劃、大連市杰出青年科技人才計劃、中國科學院大連化學物理研究所創新基金等項目的支持。
相關成果發表在《自然—通訊》上。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-27557-1
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