文章來源：azom.com | 翻譯：世界鉑金投資協(xié)會
催化劑起著幫助進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的作用。當(dāng)被應(yīng)用時，只需要使用少量的能量就能將原材料，如生物質(zhì)、化石燃料或甚至廢物，轉(zhuǎn)化為燃料和產(chǎn)品。
特拉華大學(xué)能源創(chuàng)新催化中心（CCEI）的科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)了一種新方法，可以提高由金屬-金屬氧化物制造的催化劑的能力，將非食用植物，如草、木材、玉米秸稈、收割后留在田里的秸稈、葉子和玉米芯，轉(zhuǎn)化為可再生燃料、塑料和化學(xué)品。
金屬-金屬氧化物催化劑是改善石油化工、醫(yī)藥、精細(xì)化工和生物質(zhì)等反應(yīng)的基礎(chǔ)。研究人員利用鉑鎢氧化物催化劑的動態(tài)行為加速了這些起始材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的速度，這比傳統(tǒng)方法快了近10倍。這是一種先進(jìn)的催化技術(shù)，可以幫助開創(chuàng)一個更加可持續(xù)和生態(tài)友好的未來。整個過程只需要使用更少的催化劑來支持，從而減少浪費(fèi)和能源消耗。2月21日，CCEI的研究結(jié)果在《自然-催化》雜志上刊登。
催化劑的表面包含許多化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的活性點(diǎn)。這些活性點(diǎn)變化快、靈敏度高，能以極其復(fù)雜和經(jīng)常難以預(yù)測的方式對其周圍的環(huán)境做出反應(yīng)。因此，對于這些活性位點(diǎn)上的反應(yīng)過程是如何進(jìn)行的，或者這些位點(diǎn)是如何與環(huán)境相互作用的，人們所知不多。傳統(tǒng)的方法，如在化學(xué)反應(yīng)器的靜態(tài)環(huán)境中檢查催化劑，并不能回答這些問題。因此，CCEI的科學(xué)家們整合了建模、原位光譜、現(xiàn)代合成方法和探針反應(yīng)，以便更好地了解三氧化鎢和鉑金催化劑材料的工作原理，這包括假設(shè)的結(jié)構(gòu)形式以及催化劑表面的發(fā)生的反應(yīng)。具體來說，研究人員更想知道催化劑上的活性點(diǎn)（發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的地方）是如何隨著時間的推移和暴露在特定的變化中而轉(zhuǎn)變的。該研究的主要作者及百時美施貴寶公司的化學(xué)工程師傅嘉怡（音譯）表示：“通過識別他們的動態(tài)跡象，我們能夠建立一個穩(wěn)健的模型來預(yù)測這些活性點(diǎn)在不同工作環(huán)境中的變化?！?/section>傅嘉怡，獲得特拉華大學(xué)化學(xué)工程博士學(xué)位。嘉怡闡明了催化劑表面的反應(yīng)與植物在得到適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)和陽光時茁壯成長類似。研究人員成功地展示了一種獨(dú)特的 "灌溉 "方法，該方法利用氫氣脈沖大幅提高這些催化劑上的活性位點(diǎn)數(shù)量，使反應(yīng)的發(fā)生速度提高10倍。“實(shí)際上，我們沒有像給植物澆水一樣給催化劑施加反應(yīng)物，我們只是通過脈沖式的氫氣開關(guān)創(chuàng)造了這些模擬水的活性位點(diǎn)，這是一個羥基化的過程。這些活性位點(diǎn)在羥基化后會進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)。因此，就像培育植物需要光和水一樣，我們用氫氣給催化劑‘澆水’，使其生長出新的化學(xué)物質(zhì)?！?/section>Dion Vlachos是特拉華大學(xué)Unidel Dan Rich能源主席、化學(xué)和生物分子工程教授和CCEI的主管。
作為特拉華州能源研究所的負(fù)責(zé)人，Vlachos表示這是一次建設(shè)性的嘗試，證實(shí)了模擬實(shí)驗(yàn)可以預(yù)估催化性能的方式，并促進(jìn)更有效的催化程序的合理設(shè)計(jì)。研究結(jié)果也為考察、了解和規(guī)范調(diào)控這類重要的催化劑提供了可行性方法。“眾所周知，催化劑會隨著環(huán)境的變化而變化，但它們變化速度很快，變化方式也一直難以實(shí)時觀察。這次嘗試為剖析這類催化劑的反應(yīng)活動建立了一個平臺，更重要的是，也為設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)新性能的提升帶來了機(jī)會?！?/section>由Unidel Dan領(lǐng)導(dǎo)的CCEI項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)包括來自特拉華大學(xué)、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校、賓夕法尼亞大學(xué)、石溪大學(xué)、布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室、大連化學(xué)物理研究所、天津大學(xué)和上海交通大學(xué)的科學(xué)家。能源創(chuàng)新催化中心成立于2009年，是美國能源部資助特拉華大學(xué)的兩個能源前沿研究中心之一。該中心有來自布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室和其他幾所著名大學(xué)的科學(xué)家。（來源：azom.com）
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