【中國(guó)科技網(wǎng)】揭秘雙金屬材料中的“排兵布陣”——我國(guó)學(xué)者揭示金屬原子排布序列影響氣體吸附的作用機(jī)制
科技日?qǐng)?bào)記者 韓榮 通訊員 李清波
雙金屬催化劑在工業(yè)過(guò)程中有著廣泛應(yīng)用。受限于微觀結(jié)構(gòu)探測(cè)手段缺乏，以往關(guān)于雙金屬催化劑中多金屬活性中心的組成和原子排布的研究，多以推測(cè)為主。但其排布又是決定催化性能的關(guān)鍵因素，因此揭秘多金屬原子如何“排兵布陣”是改善催化劑性能是非常重要的課題。
4月16日，記者從中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所獲悉，該單位何鵬團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南開(kāi)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖所的科研團(tuán)隊(duì)，使用固體核磁共振方法，解析了含有一維金屬氧鏈的混合金屬有機(jī)骨架材料，揭示了鎂離子和鈷離子在原子尺度上的排列狀況，并建立了上述原子尺度結(jié)構(gòu)信息與宏觀氣體吸附性能之間的聯(lián)系。相關(guān)研究成果在《美國(guó)科學(xué)院院刊》上發(fā)表。
何鵬介紹，傳統(tǒng)的有機(jī)骨架材料合成過(guò)程一般會(huì)加入多種金屬離子，以期優(yōu)化金屬有機(jī)骨架材料性能。同時(shí)，研究表明混合金屬材料，可展現(xiàn)出比單一金屬材料更優(yōu)異的性能。有學(xué)者認(rèn)為，這種優(yōu)異性能可能與其中的特殊金屬離子排列有關(guān)。“因此，揭示在更小尺度上金屬離子排列規(guī)律，以及其中的結(jié)構(gòu)—性能關(guān)系十分有必要。”何鵬說(shuō)。
為此，研究團(tuán)隊(duì)采用先進(jìn)技術(shù)手段，一次探測(cè)了上述材料的三個(gè)連續(xù)金屬原子。金屬原子的相對(duì)位置會(huì)影響相鄰碳原子的核磁信號(hào)，因此通過(guò)碳原子對(duì)金屬序列的響應(yīng)，團(tuán)隊(duì)就能倒推出相鄰金屬原子的位置。在此條件下，研究團(tuán)隊(duì)首次揭秘了雙金屬材料中金屬原子的三維分布。
何鵬表示，通過(guò)固體核磁共振方法研究混合金屬有機(jī)骨架材料的方法，可以獲得其他手段所無(wú)法獲得的原子尺度結(jié)構(gòu)信息，有望為催化位點(diǎn)的理性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。沿著這條道路，未來(lái)將可能研發(fā)出更多工業(yè)可用催化劑。
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