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【科普类】特立独行的原子
【科普类】特立独行的原子
www.dicp.ac.cn    发布时间:2011-10-13 16:14    栏目类别:征文展览

 十五室 贺雷

原子是组成万物的最基本单位,每种物质都由成千上万个原子组成。但是由于它们个头太小,无法用肉眼直接看到单独的原子。不过,在先进的电子显微镜的帮助下,我们已经可以很清楚的看到它们。我们知道,原子的天性和人类一样,每个单独的原子都是非常害怕孤独的,很喜欢和“臭气相投”的其他原子团聚在一起,也就是说它们单独存在时能量非常高,能让它们稳定是非常困难的事情。然而作为组成催化剂的原子,我们却希望它们能够单独存在于自己的位置上,因为只有表面上的原子才能和反应物良好接触,从而起到促进反应的作用,一旦抱成团,那么处在团簇中间的原子便开始偷懒了,不再好好“干活”。化学家们早就在推测,原子“单兵作战”的威力最强大。然而,科学家却很难能够证明这一点,因为让原子们老老实实的一字排开是一个世界性难题。怎么才能让原子小球乖乖的待在一个地方不要到处乱跑呢?

最近,中国科学家率先制备出了具有实用性的“单原子催化剂”,他们让贵金属铂的原子分散于惰性的载体上,使铂原子最大限度的暴露在表面,从而使催化效率成倍提高。令科学家兴奋的是,铂的“单原子催化剂”威力无穷:催化活性比传统纳米催化剂提高了2倍以上,用量却比原先下降了一半,使用寿命已长达上千小时。他们到底是怎么做的呢?

经过多年研究,中科院大连化学物理研究所与清华大学合作,实现了上述的过程。他们发现,作为催化剂载体的氧化铁,其表面存在一些“晶体缺陷”,而这些缺陷就如同天然的“小坑”。氧化铁和铂之间存在着很强的相互作用,堪当胶水的用途,而氧化铁表面缺陷的小坑只够“入住”下一个原子,所以当铂原子小球滚动经过时,由于强力胶水和有限空间的限制,单个原子小球就会被牢牢黏住,从而乖乖的待在催化剂的表面,在催化化学反应的时候一个都不能“偷懒”,发挥自己最大的作用。

由于这种催化剂的制备原料氧化铁、氯铂酸很容易得到,能够方便地实现“单原子催化剂”的工业化生产。铂金催化剂是用途最广泛的贵金属催化剂,全球每年高达50%的铂产量都用于汽车尾气催化净化系统。燃料电池、石油化工、航天航空、精细化学品的生产,也大量依靠铂、钯等贵金属。这是催化科学从纳米催化走向单原子催化的一个实例,这种方法既可以提高生产效率,又可降低成本。”相信在不久的将来,这样的催化剂可以得到广泛的应用。                                  

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