中国科大抗烧结催化剂研究取得新突破

中国科学技术大学曾杰教授团队在《自然∙材料》期刊发表最新研究成果，成功攻克了甲烷干重整反应催化剂易烧结失活的难题。团队创新性地设计出一种“纳米岛”结构催化剂，通过在金属颗粒与载体间嵌入尺寸极小、互不连接的金属氧化物团簇，有效抑制了纳米颗粒的高温烧结，并实现了400小时连续运行的稳定催化活性。该技术有望广泛应用于温室气体资源化利用等领域，为解决催化剂抗烧结问题提供全新方案，具有重要的科学意义和应用价值。

中国科学技术大学曾杰教授团队在甲烷干重整反应催化剂的抗烧结研究方面取得重大进展，成功解决了困扰该领域多年的催化剂易烧结失活难题。这项研究成果已于3月10日发表在国际顶级期刊《自然∙材料》上。

高效催化反应通常依赖于超细金属纳米颗粒，但这类颗粒极易在高温下发生烧结，导致活性下降。如何提升纳米颗粒的抗烧结能力是催化科学领域的重大挑战。

该团队巧妙地设计了一种新型“纳米岛”结构催化剂。他们将尺寸极小且互不连接的金属氧化物团簇嵌入载体和金属颗粒之间，形成类似岛屿的结构，从而有效抑制了纳米颗粒的烧结。这种独特的结构设计同时阻断了两种主要的烧结路径：一是防止金属颗粒整体迁移；二是阻止金属原子在颗粒表面脱离后跨岛迁移。

研究人员通过精确控制高温下的团聚过程，在载体上构建了高密度、小尺寸的金属氧化物纳米岛，并利用电性匹配原理和溶剂蒸发技术，实现了金属颗粒在纳米岛上的精准定位。他们还建立了包含多种载体、纳米岛和活性金属的材料库，其中，二氧化硅负载的氧化镧纳米岛对钌纳米颗粒的稳定性尤为显著。

将该催化剂应用于甲烷干重整反应的实验结果表明，该催化剂在400小时的连续运行中保持了稳定的催化活性，钌纳米颗粒的尺寸始终维持在1.4纳米，有效解决了高温导致的催化剂失活问题。这项技术有望为多种催化反应提供有效的抗烧结解决方案，在温室气体资源化利用等领域具有广阔的应用前景。

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