納米催化劑抗燒結(jié)穩(wěn)定性理論建立

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李微雪教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過8年攻關(guān)，結(jié)合大數(shù)據(jù)與第一性原理，提出并建立納米催化劑生長動(dòng)力學(xué)的一般性理論，為理性設(shè)計(jì)和篩選實(shí)際使用條件下穩(wěn)定、抗燒結(jié)納米催化劑奠定了重要科學(xué)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學(xué)》。

對于工業(yè)實(shí)踐來說，納米催化劑的穩(wěn)定性問題正成為產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，它是實(shí)現(xiàn)高效化工生產(chǎn)、能源和環(huán)境催化以及“雙碳”目標(biāo)過程中“生死攸關(guān)的問題”。全球每年以熱致或化學(xué)誘導(dǎo)的納米催化劑的尺寸生長團(tuán)聚為代表的工業(yè)催化劑失活，引起的替換或再生成本達(dá)數(shù)百億元。貴金屬催化劑日漸攀高的需求，進(jìn)一步加劇了延緩其失活的迫切性。

目前，納米催化劑穩(wěn)定性的預(yù)測理論和一般性原理研究仍然處于起步階段，導(dǎo)致長達(dá)數(shù)年昂貴的催化劑壽命試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)不可避免，并極大延遲高活性納米催化劑的工業(yè)轉(zhuǎn)化。因此，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健納米催化劑的理性設(shè)計(jì)，對納米催化領(lǐng)域具有重要的科學(xué)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

李微雪與團(tuán)隊(duì)成員胡素磊博士通過將大數(shù)據(jù)與第一性原理結(jié)合，以熱致或化學(xué)誘導(dǎo)納米催化劑燒結(jié)生長動(dòng)力學(xué)作為突破口，探索控制納米材料生長的基本原理，以理論計(jì)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(guān)系，以原子吸附能、納米粒子粘附能為標(biāo)度，從理論層面建立起相互作用與穩(wěn)定性之間的關(guān)系，即金屬納米催化劑與載體的相互作用既不能太強(qiáng)，否則會(huì)導(dǎo)致以奧斯特瓦爾德熟化的方式失活；也不能太弱，否則會(huì)導(dǎo)致以粒子遷移與碰撞的機(jī)制失活;只有相互作用適中時(shí)，金屬納米催化劑的穩(wěn)定性達(dá)到最優(yōu)。

在此基礎(chǔ)上，他們還提出并發(fā)展了利用雙功能載體打破標(biāo)度關(guān)系限制的高通量篩選策略，為實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)定納米催化劑的設(shè)計(jì)和預(yù)測提供了可能。