研究人员开发的一种新型催化剂将为创造和利用分子以及保护有价值金属供应的先进和可持续方法铺平道路。
诺丁汉大学的研究人员开发了一种新的催化剂，它整合了早先被认为是相互排斥的特征。他们还创造了一种大规模制造金属纳米团簇的工艺。
新研究表明，钯纳米团簇的行为与将催化剂概括为均相或非均相的正统特征不符。这项研究最近发表在《自然通讯》杂志上。
通常，催化剂分为均相(催化中心与反应物分子紧密混合)或非均相(反应发生在催化剂表面)。
一般来说，化学家在选择一种或另一种类型时应该准备好做出妥协，因为均相催化剂更具活性和选择性，而非均相催化剂更持久且可重复使用。
然而，钯原子的纳米团簇似乎不符合常规类别，正如对它们在苯乙烯环丙烷化反应中的催化行为的研究所示。
几乎 80% 的工业化学过程提供了经济中最重要的成分，从材料(如聚合物)和药物到化肥和作物保护等农用化学品，都是由催化剂实现的。对催化剂的大量需求意味着钯、金和铂等几种有用金属的全球供应正在迅速耗尽。
困难在于要充分利用每个原子的最大潜力。使用纳米团簇形式的金属被认为是增加可用于催化的活性表面积的有效方法之一。
此外，当纳米团簇尺寸趋向于突破纳米尺度时，金属的性质会发生显着变化，从而导致宏观尺度无法实现的新现象。
研究人员采用分析和成像方法来研究纳米团簇的动力学、结构和化学性质，以在原子水平上解开这种奇怪催化剂的内部工作原理。
研究人员取得的突破是揭示化学催化全部潜力的关键。这为以最具能量弹性和原子效率的方式制造和利用分子的新方法铺平了道路。
“重要的是，纳米团簇的大小可以通过实验参数精确控制，从单个原子到几纳米，因此可以在几秒钟内按需生成一系列均匀的纳米团簇，”费尔南德斯补充道。
该团队的 Green Chemicals Beacon 博士后研究员 Andreas Weilhard 博士补充说：“通过这种方法生产的金属簇表面是完全‘裸露的’，因此具有很高的活性，可以进行化学反应，从而产生高催化活性。” 大学准备启动一个大型项目来扩展这项工作，这将导致受威胁元素的安全。“面向可持续未来的表面和界面金属原子 (MASI)”由工程和物理科学研究委员会 (EPSRC) 提供资金支持，并将在四所英国大学(诺丁汉、剑桥、伯明翰和卡迪夫)推出。
金属纳米团簇已被触发与分子反应，这些分子可以通过热、电势或光激发，而与载体材料的可调相互作用提供了催化剂的可重复使用性和耐用性。
特别是，MASI 催化剂将用于活化难以裂解的分子(例如 H2、N2和 CO2)，这些反应构成了化学工业的支柱，如 Haber-Bosch 过程。
