波兰科学院 石墨氮化碳(g-C3N4)富含杂原子，显示出催化性能，是一个托管双金属纳米粒子的极好平台
信用:IPC PAS，Grzegorz Krzyzewski 被称为非均相催化剂的固体基质催化剂在减少来自燃烧室的废气流中的有毒气体、未燃烧燃料和颗粒物质方面具有最广泛的工业应用
它们也用于能源、化学和制药部门
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生物柴油、聚合物、生物质/废物转化为有价值产品的生产，以及许多其他工艺
这都要归功于它们的活性位点和高表面积
然而，它们的高效率受到贵金属天文价格的限制，因此，具有相当有效性的高性价比替代品似乎是该行业的圣杯
波兰科学院物理化学研究所的科学家最近发表了一篇论文
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Izabela S
皮埃塔面临着提出新型纳米结构双金属催化复合材料的挑战
类碳催化 催化剂无处不在，对化学过程有巨大的影响
即使在大自然中，它们也围绕着我们；例如，细胞需要像酶这样的天然催化剂来进行多种生化过程
同样的情况发生在能量转换领域，固体催化剂追求技术过程
根据内燃机，贵金属如铂被放置在流出燃烧室的废气上
一旦有毒气体接触到催化剂表面，它们就会分解，产生最终产物二氧化碳和H2O
秘密在于材料上的活性位点影响中间体的反应吸附能和过渡态的活化
键断裂的最终机制导致特定分子的形成
它使贵金属在工业应用中成为摇滚明星
近几十年来，催化剂的应用大幅增长，达到了燃料、制药和化合物生产所需的贵金属高成本的临界点
因此，高效的经济催化成为许多工业技术未来发展的主要挑战之一
当然，几乎不可能提供一种材料来满足所有的工业要求
对于给定的过程，通过对活性表面进行化学修饰，我们肯定可以提高催化剂的活性，甚至耐久性，让我们从头开始——催化剂的尺寸
纳米材料提供了高的表面-体积比，增加了它们的活性
在贵金属的情况下，保持纳米尺寸使这些材料具有高活性，提供强的反应物结合和催化剂选择性
即将出现的新型催化剂 最近，由dr
Izabela S
皮埃塔描述了固定在半导体表面的纳米结构双金属催化剂在热、光和电催化方面的潜在应用
据报道，这些系统在燃料电池专用工艺中取得了非凡的成果
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甲醇和乙醇电氧化(一
S
Pieta等人
应用催化乙:环境，2019，244)，可持续的绿色化学品和燃料生产(一
S
Pieta等人
应用催化乙:环境，2019，244，和美国化学学会可持续化学和工程，2020，8(18)，甚至二氧化碳减少气体和液体燃料(一
S
Pieta等人
高级材料接口，2021，2001822)
让我们仔细看看它们
在双金属纳米结构中，两种金属
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铂-金结合在一起，第一种金属作为主体，第二种金属作为客体
换句话说，它是一种合金，而在纳米尺度上，粒子中特定原子的分布有着巨大的意义
有趣的是，双金属结构比单金属结构具有更高的催化活性
它们的连接可以不同于两种不同金属的混合物，其中第二种金属非常规则地分布在第一种金属的基体中，或者第一种金属被第二种金属覆盖的核壳结构中
另一种选择是具有两个化学性质不同的半纳米结构(称为骏利纳米粒子)，或者连接两个化学性质不同的纳米粒子
不幸的是，由于原子重组，这两种不同金属的组合会在如此小的范围内不断变化
双金属结构中的组成和原子排列决定了它们的催化性能
纳米材料由于其高表面活性，很容易聚集或改变表面结构，降低其催化效率
此外，它们的表面很容易被化学反应的副产物毒害，因此预测双金属表面发生的影响材料活性的变化是困难的
那么，为什么不从头开始，创建一个平台来稳定这些纳米结构呢？一旦沉淀下来，纳米粒子就不容易受到表面变化的影响
研究人员建议将双金属纳米粒子稳定在导电材料上，如碳或氮化碳
然后，用基于石墨碳氮化物(g-C3N4)的聚合材料对其表面进行改性，石墨碳氮化物由三嗪分子的亚单元组成，合并成看起来像石墨烯片的扁平三角形
用几种光谱技术研究了双金属体系的表面
“双金属纳米催化剂的开发和优化可能会提供一种新型材料，与目前可用的商业催化剂相比，这种材料具有优异的、可调的性能、热稳定性和降低的成本
我们预计，由于支撑材料的独特性质，我
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石墨氮化碳，这些催化剂可以在热/电/和光催化中找到潜在的应用
然而，在此之前，人们需要了解如何设计高效的双金属系统，该系统如何在运行条件下工作，以及为什么形状-结构-活性关系很重要
皮埃塔声称
g-C3N4具有丰富的杂原子结构，显示出催化性能
由于多官能团的存在，它可以很容易地在其表面托管双金属系统，如贵金属铂-金铂-钯，或过渡金属基铜-镍纳米粒子
它被认为是稳定双金属纳米颗粒和抑制其化学中毒的有前途的支持材料
此外，它为太阳能收集和转化为有价值的产品或其他能源形式提供了巨大的机会
“受大自然的启发，人类认识到阳光是地球上最强大的能源之一
光向可用能量形式的有效转化主要受限于无效的电荷分离和不良的光收集催化剂结构
对于预期的光触发过程，宽光谱收集和有利的能级排列的先决条件应该与第一电荷分离和收集相结合，成功地与光生电荷复合竞争
上述问题可以通过适当选择光敏组分和合适的光反应工程来克服
结合材料特性和微流体技术是一个完美的解决方案，它集成了多种成分，为动态液-液、固-液或气-固-液界面的连续催化过程提供了一个简单的解决方案
尤维纳·库纳声称
固定化可防止表面变化和纳米粒子团聚，并可在大面积表面上进行可扩展应用
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伊扎贝拉·皮埃塔:“众所周知，双金属催化系统具有更高的催化活性，在许多过程中可以达到非常高的效率
我们仍然专注于更复杂的系统，其中催化剂组成和结构排列可能导致更高的活性，但对目标产物的选择性更高，以及对中毒、耐久性和寿命的催化剂稳定性提高
我们的研究涵盖了对非孤立条件下催化表面和反应机理发展的基本理解
通过定制多个催化活性位点及其在工作表面上的分布，这些知识肯定会在分子尺度(活性位点结构设计)和应用尺度(工业反应器尺度)上产生创新的催化剂设计
" 嵌入g-C3N4修饰碳表面的双金属纳米粒子似乎是一个通用的催化平台，为需要新型纳米结构解决方案的过程带来了光明
由于这些研究集中在双金属体系的形状和构效关系，以及将其固定在可扩展和经济的基质上，我们离设计新型和可持续的工业催化剂又近了一步
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