“冷冻”的铜纳米颗粒催化剂可替代贵金属催化剂

  12月24日从中国科学院大连化学物理研究所获悉，该所研究人员发现了一种可替代贵金属金或银的铜催化剂，它在催化加氢反应中表现出与传统铜催化剂完全不同却与金、银接近的性能，相关研究成果近日发表在《科学—进展》上。

  原子的外围电子结构常常决定着金属的化学性质。与金、银相比，同族的非贵金属铜更易获得并且价格便宜，但由于铜金属更容易失去外围电子，因而在催化反应中也更易被氧化。金属铜在氧化或加氢等催化反应中，常表现出铜零价和一价共存的化学态，因此铜催化剂的化学性质并不稳定。

  为提高铜催化剂的稳定性，中科院大连化物所孙剑研究团队通过尝试“高能等离子体流轰击”的方法来改变铜的外围电子结构，使铜表现出贵金属金和银的特性，以此来替代金、银催化剂，这种等离子体流轰击铜改变其电子结构的过程被科研人员比喻为对铜催化剂的“冷冻”处理。

  据了解，“冷冻”是采用磁控溅射装置，在电场驱动下，通过被等离子体化的氩气产生的高能粒子流，定向的轰击铜金属靶，使得金属铜以原子形式均匀沉积于载体表面。

  实验结果显示，被“冷冻”的铜纳米颗粒在反应过程中可被锁定在金属态，反应过程中的“冷冻”铜纳米颗粒催化剂也表现出了与贵金属金或银极其类似的催化性能，颠覆了铜催化剂利于发生深度加氢反应而生成乙二醇和乙醇等醇类化合物的传统认知，从而证明了铜金属经过处理后，可以表现出与贵金属金或银极其类似的催化性能。