近日，中科院大連化物所孫劍研究團隊發現了一種可替代貴金屬金或銀的銅催化劑，在催化加氫反應中表現出與傳統銅催化劑完全不同，而與金或銀接近的性能。相關研究成果發表于12月22日出版的《科學-進展》上。

    原子的外圍電子結構常常會決定金屬的化學性質，金、銀等貴金屬電子結構穩定，因此一般條件下不易與其他化學物質發生化學反應，表現出較高的催化活性，同時還具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優良特性，成為最重要的催化劑材料。由于其價格昂貴，限制了實際的應用。與金、銀相比，同族的非貴金屬銅更易獲得且價格便宜，但是銅金屬也更容易失去外圍電子，在催化反應中更易被氧化——金屬銅在氧化或加氫等催化反應中常表現出銅零價和一價共存的化學態，因此銅催化劑化學性質并不穩定。

    為提高銅催化劑的穩定性，研究團隊通過“高能等離子體流轟擊”的方法，改變銅的外圍電子結構，使銅表現出貴金屬金和銀的特性，在催化反應中保持0價態，進而可以替代金、銀催化劑。

    研究人員以草酸二甲酯催化加氫的多步串聯過程為探針反應，研究發現由高能轟擊產生的銅納米顆粒在反應過程中可被鎖定在金屬態，在相當寬的反應溫度范圍內（230-290oC），酯加氫反應都被穩定在了熱力學不利但附加值卻極高的初步加氫產物乙醇酸甲酯，其選擇性最高達87%，這與貴金屬金或銀的催化性能極其類似。該結果也顛覆了銅催化劑利于發生深度加氫反應而生成乙二醇和乙醇等醇類化合物的傳統認知。

    DFT理論計算同時表明，在只有零價金屬銅活性位存在的條件下，酯加氫可被控制在生成初加氫產物的階段，而避免像傳統銅催化劑一樣過度加氫。本項研究工作為調節金屬加氫能力，設計貴金屬替代的催化劑提供了全新的策略。

    doi: 10.1126/sciadv.aau3275

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責任編輯：殷鵬飛

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