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中科大建立奈米催化劑穩定性理論

2021年11月08日 17:31:35 來源: 安徽日報

    記者11月5日從中國科學技術大學獲悉,該校李微雪教授團隊經過8年攻關,結合大數據與第一性原理,提出並建立奈米催化劑生長動力學的一般性理論,為理性設計和篩選實際使用條件下穩定、抗燒結奈米催化劑奠定了重要科學基礎。相關研究成果11月5日發表于國際權威期刊《科學》。

    對于工業實踐來説,奈米催化劑的穩定性問題正成為産業化的瓶頸,它是實現高效化工生産、能源和環境催化以及“雙碳”目標實現過程中“生死攸關的問題”。全球每年以熱致或化學誘導的奈米催化劑的尺寸生長團聚為代表的工業催化劑失活,引起的替換或再生成本達數百億元人民幣。貴金屬催化劑日漸攀高的需求,進一步加劇延緩其失活的迫切性。

    目前,奈米催化劑穩定性的預測理論和一般性原理研究仍然處于起步階段,導致長達數年昂貴的催化劑壽命試錯實驗不可避免,並極大延遲高活性奈米催化劑的工業轉化。因此,實現穩健奈米催化劑的理性設計,對奈米催化領域具有重要的科學和經濟價值。

    李微雪教授與團隊成員胡素磊博士通過將大數據與第一性原理結合,以熱致或化學誘導奈米催化劑燒結生長動力學作為突破口,積極探索控制奈米材料生長的基本原理,以理論計算的研究方法來分析金屬奈米催化劑中金屬與載體的相互作用關係,以原子吸附能、奈米粒子粘附能為標度,從理論層面建立起相互作用與穩定性之間的關係,即金屬奈米催化劑與載體的相互作用既不能太強,否則會導致以奧斯特瓦爾德熟化的方式失活;也不能太弱,否則會導致以粒子遷移與碰撞的機制失活;只有相互作用適中時,金屬奈米催化劑的穩定性達到最優。他們還提出並發展了利用雙功能載體打破標度關係限制的高通量篩選策略,為實現超穩定奈米催化劑的設計和預測提供了可能。(記者 陳婉婉)

    

[責任編輯: 周雨濛 ]
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