我科學家建立納米催化劑抗燒結穩定性理論
為設計超穩定納米催化劑提供可能
光明日報合肥11月5日電（記者常河 通訊員桂運安）中國科學技術大學李微雪教授團隊經過八年攻關，結合大數據與第一性原理，提出并建立納米催化劑生長動力學的一般性理論，為理性設計和篩選實際使用條件下穩定、抗燒結納米催化劑奠定了重要科學基礎。相關研究成果11月5日發表于國際權威期刊《科學》。
對于工業實踐來說，納米催化劑的穩定性問題正成為產業化的瓶頸，它是高效化工生產、能源和環境催化以及雙碳目標實現過程中“生死攸關的問題”。全球每年以熱致或化學誘導的納米催化劑的尺寸生長團聚為代表的工業催化劑失活，引起的替換或再生成本達數百億元人民幣。貴金屬催化劑日漸攀高的需求，進一步加劇延緩其失活的迫切性。目前，納米催化劑穩定性的預測理論和一般性原理研究仍然處于起步階段，導致長達數年昂貴的催化劑壽命試錯實驗不可避免，并極大延遲高活性納米催化劑的工業轉化。因此，實現穩健納米催化劑的理性設計，對納米催化領域具有重要的科學和經濟價值。
李微雪教授與團隊成員胡素磊博士通過將大數據與第一性原理結合，以熱致或化學誘導納米催化劑燒結生長動力學作為突破口，積極探索控制納米材料生長的基本原理，以理論計算的研究方法來分析金屬納米催化劑中金屬與載體的相互作用關系，以原子吸附能、納米粒子黏附能為標度，從理論層面建立起相互作用與穩定性之間的關系，即金屬納米催化劑與載體的相互作用既不能太強，否則會導致以奧斯特瓦爾德熟化的方式失活；也不能太弱，否則會導致以粒子遷移與碰撞的機制失活；只有相互作用適中時，金屬納米催化劑的穩定性達到最優。他們還提出并發展了利用雙功能載體打破標度關系限制的高通量篩選策略，為實現超穩定納米催化劑的設計和預測提供了可能。
《光明日報》（ 2021年11月06日10版）
