维也纳理工大学 使用单个原子降低了催化剂的成本
学分:维也纳理工大学 多年来，催化剂中使用的金属纳米粒子越来越小
现在，奥地利维也纳图维恩的一个研究小组已经表明，当你到达最小可能的尺寸时，一切都突然不同了:一个原子
金或铂等金属常被用作催化剂
例如，在汽车的催化转化器中，铂纳米粒子将有毒的一氧化碳转化为无毒的二氧化碳
因为铂和其他催化活性金属昂贵且稀有，所以随着时间的推移，所涉及的纳米颗粒越来越小
单原子催化剂是缩小尺寸的合理终点:金属不再以颗粒的形式存在，而是以固定在廉价载体材料表面的单个原子的形式存在
单个原子不能再用从更大的金属块发展而来的规则来描述，所以用来预测哪些金属是好的催化剂的规则必须改进——这一点现在已经在维也纳大学实现了
事实证明，基于便宜得多的材料的单原子催化剂可能更有效
这些结果现已发表在《科学》杂志上
有时候越小越好 只有这块金属的外层原子才能在化学过程中发挥作用——毕竟，里面的原子永远不会与环境接触
因此，为了节省材料，最好使用微小的金属颗粒而不是大块的金属颗粒，以便更大比例的原子留在表面
如果我们达到极限，使用单个原子，每个原子都有化学活性
在过去的十年里，“单原子”催化领域发展迅速，取得了巨大的成功
错误的模型，正确的解决方案 “为什么一些贵金属是好催化剂的原因在20世纪70年代就已经被研究过了，”教授说
维恩大学应用物理研究所的加雷思·帕金森
“例如，2007年，格哈德·埃特尔因提供了原子尺度的催化见解而被授予诺贝尔化学奖
" 在一块金属中，一个电子不能再被分配给一个特定的原子；电子态是许多原子相互作用的结果
“对于单个原子，旧的模型不再适用，”加雷思·帕金森说
“单个原子不像金属那样共享电子，所以电子带在这种情况下根本不存在，电子带的能量是解释催化的关键
" 因此，加雷思·帕金森和他的团队近年来一直在深入研究这种单原子催化背后的原子机制
“在许多情况下，我们认为是好催化剂的金属仍然是单个原子形式的好催化剂，”加雷思·帕金森说
“在这两种情况下，是相同的电子，即所谓的d电子，对此负责
" 通过定制表面定制属性 在单原子催化中出现了全新的可能性，这在使用普通金属粒子时是无法实现的:“根据我们放置金属原子的表面以及它们形成的原子键，我们可以改变原子的反应性，”帕金森解释道
在某些情况下，铂等特别昂贵的金属不再是最佳选择
“单个镍原子对一氧化碳氧化显示出巨大的潜力
“如果我们理解单原子催化的原子机制，我们就有更多的余地来影响化学过程，”帕金森说
在维也纳大学，八种不同的金属以这种方式进行了精确的分析——其结果与现在与教授合作开发的理论模型完全吻合
维也纳大学的塞萨尔·弗兰奇尼
加雷思·帕金森强调:“催化剂在许多领域都非常重要，尤其是在发展可再生能源经济的尝试中起主要作用的化学反应。”
“我们的新方法表明，它不一定非得是白金的
“决定性因素是原子的局部环境——如果选择正确，你可以开发出更好的催化剂，同时节省资源和成本
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