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，在此基礎上提出了制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。特別在高溫下，由于表面能隨著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，但迄今缺少相關的定量化研究。
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，并考察他們在高溫900°C下的燒結情況。高角環形暗場透射電鏡和X射線衍射表征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。基于此，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系，并發現臨界顆粒距離取決于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溫丙烷脫氫催化反應中的抗燒結特性，說明了臨界顆粒距離的定量化研究對實際催化反應的意義。
該成果提供了一種對于給定催化劑載體預測最高擔載量的方法，并提供了一種通過調節金屬和載體相互作用以及載體比表面積，來系統地提高抗燒結催化劑最大擔載量的有效策略。(記者 吳長鋒)
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