近日，中科院大連化物所孫劍研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種可替代貴金屬金或銀的銅催化劑，在催化加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出與傳統(tǒng)銅催化劑完全不同，而與金或銀接近的性能。相關(guān)研究成果發(fā)表于12月22日出版的Science Advances上。

      幾乎所有的貴金屬都可用作催化劑，但就是太貴

      原子的外圍電子結(jié)構(gòu)常常會(huì)決定金屬的化學(xué)性質(zhì)，金、銀、鉑族金屬等元素電子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此具有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，一般條件下不易與其他化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，被稱(chēng)為貴金屬。

      幾乎所有的貴金屬都可用作催化劑，但常用的是鉑、鈀、銠、銀、釕等，其中尤以鉑、銠應(yīng)用最廣。它們的d電子軌道都未填滿(mǎn)，表面易吸附反應(yīng)物，且強(qiáng)度適中，利于形成中間“活性化合物”，具有較高的催化活性，同時(shí)還具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優(yōu)良特性，成為最重要的催化劑材料。雖然貴金屬具有很好的催化性能，但是由于其價(jià)格昂貴，限制了實(shí)際的應(yīng)用。

      與金、銀相比，同族的非貴金屬銅更容易失去外圍電子，在催化反應(yīng)中更易被氧化——金屬銅在氧化或加氫等催化反應(yīng)中常表現(xiàn)出銅零價(jià)和一價(jià)共存的化學(xué)態(tài)，因此銅催化劑化學(xué)性質(zhì)并不穩(wěn)定。

      與貴金屬相比，銅金屬更易獲得且價(jià)格便宜，因此，該科研團(tuán)隊(duì)嘗試通過(guò)高能等離子體流轟擊的方法，改變銅的外圍電子結(jié)構(gòu)，使銅表現(xiàn)出貴金屬金和銀的特性，在催化反應(yīng)中保持0價(jià)態(tài)，進(jìn)而可以替代金、銀催化劑。

      這種等離子體流轟擊銅改變其電子結(jié)構(gòu)的過(guò)程被科研人員比喻為對(duì)銅催化劑的“冷凍”處理。它是采用磁控濺射裝置，在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)被等離子體化的氬氣產(chǎn)生的高能粒子流，定向的轟擊銅金屬靶，使得金屬銅以原子形式均勻沉積于載體表面。通過(guò)“冷凍”方式處理過(guò)的銅催化劑就從土雞華麗的轉(zhuǎn)身變成的鳳凰，可替代昂貴的貴金屬催化劑。

      實(shí)驗(yàn)證明，“冷凍”銅來(lái)做催化劑，沒(méi)毛病

      草酸二甲酯催化加氫反應(yīng)是由煤經(jīng)合成氣制乙二醇等醇類(lèi)化學(xué)品的重要中間過(guò)程之一。銅催化劑催化該反應(yīng)一般可分為三步，包括初加氫反應(yīng)生成乙醇酸甲酯，繼續(xù)加氫生產(chǎn)乙二醇(170-230oC)，乙二醇深度加氫生產(chǎn)乙醇(230-280oC)。

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