記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校梁海偉教授課題組與李微雪教授課題組等開(kāi)展實(shí)驗(yàn)和理論合作研究，成功量化抑制催化劑燒結(jié)的臨界顆粒距離，在此基礎(chǔ)上提出了制備高擔(dān)載量納米催化劑的有效策略。該研究成果日前發(fā)表在國(guó)際期刊《自然•通訊》上。

負(fù)載型金屬納米顆粒催化劑的燒結(jié)問(wèn)題一直是研究熱點(diǎn)。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(qiáng)的燒結(jié)傾向，從而不可避免地會(huì)導(dǎo)致活性金屬表面積的損失，導(dǎo)致催化劑失活。催化劑燒結(jié)需要跨越顆粒間距建立接觸才能發(fā)生，顆粒間距在催化劑燒結(jié)中起到關(guān)鍵作用，但迄今缺少相關(guān)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(guò)調(diào)控金屬載量構(gòu)建出不同顆粒間距的催化劑體系，并考察他們?cè)诟邷?00°C下的燒結(jié)情況。高角環(huán)形暗場(chǎng)透射電鏡和X射線(xiàn)衍射表征發(fā)現(xiàn)存在明顯的抑制金屬燒結(jié)的臨界擔(dān)載量和臨界顆粒距離?；诖耍芯咳藛T定量化出抑制催化劑燒結(jié)的臨界顆粒距離。

通過(guò)結(jié)合燒結(jié)動(dòng)力學(xué)理論研究，研究人員得到顆粒在載體表面擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)臨界顆粒距離取決于金屬和載體相互作用的強(qiáng)度。進(jìn)一步，研究人員探索了該類(lèi)催化劑在高溫丙烷脫氫催化反應(yīng)中的抗燒結(jié)特性，說(shuō)明了臨界顆粒距離的定量化研究對(duì)實(shí)際催化反應(yīng)的意義。

該成果提供了一種對(duì)于給定催化劑載體預(yù)測(cè)最高擔(dān)載量的方法，并提供了一種通過(guò)調(diào)節(jié)金屬和載體相互作用以及載體比表面積，來(lái)系統(tǒng)地提高抗燒結(jié)催化劑最大擔(dān)載量的有效策略。(記者 吳長(zhǎng)鋒)