貴金屬催化劑常用什麼方法制備?作者：甘曉 不久前，由中國科學院大連化學物理研究所提供關鍵技術的“5萬噸/年乙烯氫甲酰化生産正丙醇工業化裝置”在甯波實現全流程一次投産成功這是“多相氫甲酰化反應”首次實現工業應用，提升了我國高端正丙醇自主供應能力，今天小編就來聊一聊關于貴金屬催化劑常用什麼方法制備?接下來我們就一起去研究一下吧!

貴金屬催化劑常用什麼方法制備

作者：甘曉

不久前，由中國科學院大連化學物理研究所提供關鍵技術的“5萬噸/年乙烯氫甲酰化生産正丙醇工業化裝置”在甯波實現全流程一次投産成功。這是“多相氫甲酰化反應”首次實現工業應用，提升了我國高端正丙醇自主供應能力。

這也是“單原子催化”領域研究的重要裡程碑，破解了困擾催化界80多年的難題。

10月13日，在北京召開的“單原子催化”香山科學會議上，與會專家認為，作為一個由中國科學家首次提出的新概念，“單原子催化”已經成為催化和材料科學領域新的研究前沿和熱點，應盡早布局，以解決該領域基礎科學、工業應用上面臨的挑戰。

喚醒“沉睡”的貴金屬

催化劑被譽為現代化學工業的心髒，90%以上的化工過程與催化技術有關。很多催化劑含有貴金屬，催化反應在貴金屬表面發生，起催化作用的金屬原子稱為“活性中心”。

科學家們很早就認識到，真正參與催化反應的活性中心其實很少，絕大多數貴金屬原子都“沉睡”在表面以下，導緻催化效率低。由于貴金屬資源稀缺、價格昂貴，提高貴金屬原子利用效率，便成為催化劑制備科學的核心問題之一。

針對這個問題，前述香山科學會議執行主席、中國科學院院士張濤在報告中指出：“實現活性金屬以單原子的形式分散，達到金屬分散的極限，即單原子催化劑（SAC），則是催化領域長期追求的目标之一。”

喚醒那些表面以下“沉睡”的貴金屬原子，則必須将它們高度分散在大比表面積的載體上，終極目标便是形成單個原子分散的多相催化劑，從而實現催化效率“以一當十”的目标。

在科學家們看來，這将極大降低貴金屬催化劑的成本。中科院大連化物所研究員喬波濤告訴《中國科學報》：“曾有人進行過估算，假設一塊磚體積為20乘10 乘5厘米，如果采用純金制備，按照每克金價格38.1美元計，該金磚價值73萬美元。如果将一塊同樣大小的磚頭上面僅覆蓋一個原子層厚度的金，則所用金的價值僅為1美分。兩者成本相差懸殊，但是表面都是黃金，對于催化的效果可能是相似的。”

由中國學者原創

單原子分散，是全世界科學家追尋已久的目标。早在1999年，日本科學家岩澤康裕（Yasuhiro Iwasawa）通過X射線吸收譜（XAS）推測原子級分散的鉑可能具有與納米粒子相同的活性。2005年，中國科學家徐柏慶等發現，表面孤立的金離子是加氫反應活性中心。

2009年，張濤課題組在長期從事高分散催化劑研究基礎上，終于實現了氧化鐵負載鉑單原子催化劑的實用方法制備。随後，他們與清華大學教授李隽、美國亞利桑那州立大學教授劉景月合作開展了包括單原子催化劑制備、表征、反應、理論模拟等在内的系統研究。

2011年，他們在《自然-化學》上發表論文，正式提出“單原子催化”的新概念。

随後，單原子催化劑迅速成為多相催化領域最活躍的研究前沿，中國科學家始終扮演引領者的角色。例如，2014年，張濤與中科院大連化物所研究員王愛琴團隊報道了取代硝基苯化合物的選擇加氫，首次證明單原子催化劑在選擇加氫反應中的獨特優勢。中科院院士、清華大學教授李亞棟團隊多年來開發了一系列氮修飾的碳材料負載的各種金屬單原子催化劑制備方法及應用。廈門大學教授鄭南峰、傅鋼團隊合作，利用單原子催化劑清楚解釋了堿金屬助劑的作用。

機遇與挑戰并存

從提出原創性概念到深入的科學研究，再到工業化應用嘗試，單原子催化在中國駛入“快車道”。

近年來，中科院大連化物所研究員丁雲傑帶領團隊進行了金屬單原子催化劑首次工業應用。“自1999年以來，我們聚焦在提高貴金屬原子利用率和抗硫永久性中毒等方面，從分子水平上設計并合成出有機配體單體并制備出有機聚合物材料，最終形成多相氫甲酰化單原子催化劑，2020年8月一次投産成功。”丁雲傑在此次香山科學會議報告中介紹這項工作。

同時，他們在單原子催化的基礎上研發了甲醇-合成氣經多相羰基化制乙酸乙酯的相關集成性組合技術，目前已完成工業性中試。

“單原子催化不僅能夠從原子層次認識複雜的多相催化反應，也在工業領域具有巨大應用潛力。”張濤強調，“但單原子催化的基礎科學問題尚未完全解決。”

這些基礎科學問題包括，催化劑活性位及其穩定機制猶如“黑匣子”一般尚不清晰，仍需加強對反應過程中單原子的配位環境和分散狀态研究；同時，該領域研究還需借助超高空間和能量分辨的原位表征技術和現代理論計算方，迫切依賴多學科技術發展及融合應用……

此次香山科學會議上，與會專家認為，為解決上述問題，需要多學科領域的科學家和工業界工程技術人員密切合作，推動我國在該前沿領域不斷發展。

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