乌得勒支大学的化学家和物理学家团队成功设计了新型催化剂。通过将两种金属原子精确地结合在一起，他们创造了一种高效的催化材料。由Petra de Jongh教授(化学)和Alfons van Blaaderen教授(物理)领导的研究小组今天将其发现发表在《自然材料》上。

纳米粒子

催化剂对我们的社会影响很大。所有工业化学过程中约有90%使用催化剂来加速化学转化。这些催化剂通常包含微小的金属颗粒，称为纳米颗粒，其比人的头发宽度小约10,000倍。这些纳米颗粒的结构和组成决定了催化剂的质量。这些纳米颗粒的即使很小的变化也会导致性能上的巨大差异，因此对我们的社会构成了重大的经济和环境影响。

双金属催化剂：当两种优于一种时

“改善催化材料性能的一个重要进展是将由单金属制成的常规催化剂转变为双金属催化剂 Petra de Jongh解释说，其中两种不同的金属结合在一起。这些双金属催化剂工作得更好，但也带来了新的挑战。“挑战在于，采用常规技术，您几乎无法控制纳米颗粒的结构，从而形成颗粒。具有不同金属和不同形状和尺寸的金属，严重地阻碍了这些双金属催化剂的效率。”设计具有原子精度的双金属催化剂是Jessi van der Hoeven博士的主要目标，她在由De Jongh(化学)和Van Blaaderen(物理)共同指导的Debye纳米材料研究所的两个小组。

以核-壳设计方式排列原子

范德·霍文(Van der Hoeven)找到了一种在核壳结构的纳米粒子中结合两种金属(金和钯)，同时控制钯原子层数的方法。这些新催化剂已在丁二烯的选择性加氢中进行了测试，这是提纯用于制造塑料的原料的关键过程。De Jongh指出：“我们很高兴看到，采用这种核-壳设计，我们制成的催化剂的性能比仅含金或仅含钯或二者的随机混合物的催化剂高出50倍。”

Van der Hoeven补充说：“令我们惊讶的是，我们不仅观察到纳米颗粒表面的原子类型会影响性能，而且表面以下各层中的原子性质也同样重要。” 在该出版物的合著者，德国卡尔斯鲁厄技术学院的理论家和巴黎索邦大学的光谱学家的帮助下，他们详细研究了这种影响。

底部有足够的空间

尽管当前的金钯核壳催化剂超出了他们的预期，但作者们相信仍有许多改进的机会。范·布莱德伦(van Blaaderen)评论说：“我们才刚刚起步。” “现在我们知道如何安排原子的纳米粒子，品种结构和金属 我们可以探索的组合是巨大的。”未来的梦想是，在物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)的启发下，继续从下往上建造催化剂材料，他已经预言“人类在底层有足够的空间建造”逐个原子地填充材料，或者在这种情况下逐层填充。