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一种可替代贵金属金或银的铜催化剂

2019-07-10 04:07:49

来源:亚博体育首页登录 作者:

  近日,中科院大连化物所孙剑研究团队发现了一种可替代贵金属金或银的铜催化剂,在催化加氢反应中表现出与传统铜催化剂完全不同,而与金或银接近的性能。相关研究成果发表于12月22日出版的Science Advances上。

  原子的外围电子结构常常会决定金属的化学性质,金、银、铂族金属等元素电子结构稳定,因此具有较强的化学稳定性,一般条件下不易与其他化学物质发生化学反应,被称为贵金属。

  几乎所有的贵金属都可用作催化剂,但常用的是铂、钯、铑、银、钌等,其中尤以铂、铑应用最广。它们的d电子轨道都未填满,表面易吸附反应物,且强度适中,利于形成中间“活性化合物”,具有较高的催化活性,同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性,成为最重要的催化剂材料。虽然贵金属具有很好的催化性能,但是由于其价格昂贵,限制了实际的应用。

  与金、银相比,同族的非贵金属铜更容易失去外围电子,在催化反应中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,因此铜催化剂化学性质并不稳定。

  与贵金属相比,铜金属更易获得且价格便宜,因此,该科研团队尝试通过高能等离子体流轰击的方法,改变铜的外围电子结构,使铜表现出贵金属金和银的特性,在催化反应中保持0价态,进而可以替代金、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。它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。通过“冷冻”方式处理过的铜催化剂就从土鸡华丽的转身变成的凤凰,可替代昂贵的贵金属催化剂。

  草酸二甲酯催化加氢反应是由煤经合成气制乙二醇等醇类化学品的重要中间过程之一。铜催化剂催化该反应一般可分为三步,包括初加氢反应生成乙醇酸甲酯,继续加氢生产乙二醇(170-230oC),乙二醇深度加氢生产乙醇(230-280oC)。

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