雙金屬納米簇催化劑“1+1>2”

　　金(Au)是公認的惰性金屬，但納米金卻具有很高的活性，是非常優異的催化劑。這就是其作為第四代催化劑的獨特之處。金鈀雙金屬納米簇催化劑更可能高效實現氫氣、氧氣直接合成過氧化氫。在近日由北京化工大學主辦的2013年首屆中歐雙金屬納米簇國際研討會上，記者領略了雙金屬納米簇催化劑的神奇之處。這種具有“1+1>2”效應的催化劑，因可能帶來石油化工、環境保護和新能源等領域的重大突破，已經成為國際催化領域的熱門課題。

　　據北京化工大學相關負責人介紹，金屬納米簇是繼厘米、毫米、微米級催化劑后的第四代催化劑，其高比表面積與活性可以顯著地提高催化效率，并顯示出優異的性能。由兩種不同金屬組成雙金屬納米簇催化劑，因具有協同效應，催化性能更是明顯高于相應的單金屬納米簇催化劑。雙金屬納米簇也因此成為了國際學術界的研究熱點。

　　在石油化工領域，雙金屬納米簇可以廣泛用于烴類化合物的催化加氫、氟氯烴選擇性加氫脫氯等反應。在這些反應中，雙金屬納米簇催化劑的催化活性和選擇性較單金屬納米簇催化劑有很大的提高。據英國卡迪夫大學Jennifer Edwards教授在研討會上介紹，目前世界上95%的雙氧水采用蒽醌法生產工藝，該方法工藝流程復雜且成本較高。在貴金屬鈀(Pd)催化劑中加入適量的 Au而形成Au -Pd雙金屬納米簇催化劑，可大大提高直接通過氫氣和氧氣反應來制備過氧化氫的產率，反應的選擇性也高達95%以上。

　　在環保領域，金屬納米簇催化劑可以用在空氣凈化和污水處理等方面。這是由于雙金屬納米簇具有較高的活性和選擇性，而且還能降低反應溫度。例如，負載型金納米簇催化劑在催化氧化一氧化碳(CO)時，能使反應溫度降低到-75℃，-5℃時可以全部氧化。金屬鉑(Pt)表面催化CO氧化反應是汽車尾氣催化凈化過程中的主要反應之一。大連化學物理研究所傅強教授在報告中指出，利用Pt-Fe雙金屬合金催化劑產生的界面限域效應，可成功地實現CO的高效去除，并能應用于汽車尾氣催化凈化等過程。

　　在新能源領域，以氫燃料電池為例，催化劑活性和壽命影響是燃料電池實用性的瓶頸之一。北京化工大學有機無機復合材料國家重點實驗室副教授程道建介紹說，通過結合多尺度理論研究方法和實驗制備，發現Ni-Pt和Pt-Pd等雙金屬納米簇用作燃料電池催化劑時具有高活性、低成本和抗CO中毒等優點。另外Ni- Pt雙金屬納米簇的經濟價值較高，因為在Ni-Pt雙金屬納米簇的結構中，具有催化活性的貴金屬鉑在雙金屬納米簇的表面，而其核是沒有催化活性的廉價鎳，這不但可節省鉑的使用量，還因協同效應增加了其催化活性。這些雙金屬納米簇催化劑的產業化將可極大地改善燃料電池性能。

　　據了解，歐委會科技配合委員會(COST)組織的有關雙金屬納米簇的重要項目已有包括英國、法國、意大利、比利時、西班牙、保加利亞、新西蘭等在內的25 個國家參與，研究內容涉及雙金屬納米簇的相圖，物理制備、化學合成及其表征，雙金屬納米簇的一催化性能等，部分相關研究成果已在《科學》等著名期刊發表。國內北京化工大學、清華大學、南京大學、大連化學物理研究所等也在此領域開展了相關研究，取得了不同程度的進展。