作者凯伦·B
罗伯茨，特拉华大学 图形摘要
鸣谢:自然催化(2022)
多伊:10
1038/s41929-022-00745-y 催化剂是帮助反应发生的主力
投入使用后，它们将化石燃料、生物质甚至废物等原材料转化为产品和燃料，而能耗极低
特拉华大学能源创新催化中心(CCEI)的研究人员发现了一种方法，可以提高由金属-金属氧化物制成的催化剂的能力，将非食用植物，如木材、草和玉米秸秆——收获后的树叶、秸秆和玉米棒——转化为可再生燃料、化学品和塑料
金属-金属氧化物催化剂是石化产品、精细化学品、药品和生物质提质反应的核心
研究团队的策略利用了铂钨氧化物催化剂的动态特性，将这些起始材料转化为产品的速度比传统方法快10倍
这是一种创新的催化技术，有助于开创一个更可持续和更绿色的未来，在这个未来，工艺需要更少的催化剂来运行，从而减少浪费和整体能源消耗
CCEI的研究人员在2月15日的《自然催化》杂志上报道了他们的发现
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提高催化剂活性 催化剂的表面含有多个发生化学反应的活性位点
这些活性位点是敏感的和动态的，以高度复杂且通常难以预测的方式响应其环境而变化
因此，人们对这些活跃站点上的过程是如何运行的，以及这些站点如何与周围环境相互作用的，知之甚少
增加理解的传统方法，例如在化学反应器中静态条件下研究催化剂，不起作用
因此，CCEI大学的研究人员将建模、先进的合成技术、原位光谱和探针反应结合起来，以更好地了解铂和氧化三钨催化剂材料是如何结合在一起的，它们具有什么结构，以及催化剂表面发生了什么
特别是，研究小组感兴趣的是催化剂上的活性位点(发生化学反应的地方)如何随着时间的推移而演变，以及何时暴露于特定的变化
论文的第一作者傅家义说:“通过识别他们动态的迹象，我们首次能够建立一个强大的模型来预测他们在各种工作环境中的行为。”傅家义最近获得了UD大学化学工程博士学位，现在在百时美施贵宝公司工作
傅解释说，催化剂表面就像植物一样，在阳光和养料的适当平衡下会生长茂盛
研究小组成功展示了一种新的“灌溉”策略，该策略使用氢气脉冲来显著增加这些催化剂上活性位点的数量，使反应速度加快10倍
“我们实际上并没有给催化剂浇水，这只是一个比喻
但是，通过脉冲氢气的开关，我们通过一个称为羟基化的过程，创造了这些模拟水的活性位点，”Unidel Dan Rich能源讲座教授、化学和生物分子工程教授兼CCEI主任Dion Vlachos说
“这些活性位点然后进行化学反应
所以，就像光和水给植物提供养分一样，我们在这里用氢气给催化剂“浇水”,让它产生或生长新的化学物质
" 德拉瓦能源研究所所长弗拉科斯说，这项工作成功地展示了模拟如何预测催化行为，并使更有效的催化过程的合理设计成为可能
这些发现也为研究、理解和控制这类重要的催化剂提供了一种可行的方法
他说:“众所周知，催化剂会进化并对环境做出反应，但它们的速度很快，很难实时观察到。”
“这项工作为如何剖析他们的工作行为，以及更重要的是，如何设计他们以实现前所未有的绩效提升，搭建了一个平台
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