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近日，由浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院肖豐收教授、王亮研究員領(lǐng)銜，北京理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院馬嘉璧教授等人參與合作的論文“Dealuminated Beta zeolite reverses Ostwald ripening for durable copper nanoparticle catalysts”在《Science》期刊發(fā)表。

基于銅納米粒子的催化劑已廣泛應(yīng)用在工業(yè)當(dāng)中，但在化學(xué)氛圍中納米粒子往往會(huì)燒結(jié)成較大的納米粒子進(jìn)而降低催化劑的性能。本文通過使用脫鋁的Beta分子篩來負(fù)載Cu納米顆粒（Cu/Beta-deAl），發(fā)現(xiàn)這些顆粒在200°C的甲醇蒸氣中變小，尺寸大小由~5.6 nm減少到~2.4 nm，這與一般的燒結(jié)現(xiàn)象大相徑庭。另一方面，一種反向的奧斯特瓦爾德成熟的過程被發(fā)現(xiàn)，其中甲醇活化的可遷移銅位點(diǎn)被硅醇巢捕獲，巢中的銅作為形成小納米顆粒的新成核位點(diǎn)。這一特性與一般的燒結(jié)通道不同，從而在工業(yè)上制備了用于草酸二甲酯（DMO）加氫的穩(wěn)定催化劑。

圖1 反向成熟過程的質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)以及機(jī)理分析

在本論文中，北京理工大學(xué)大學(xué)為合作單位，負(fù)責(zé)催化劑銅顆粒結(jié)構(gòu)原位研究技術(shù)支撐。通過實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)搭建的以飛行時(shí)間質(zhì)譜為主體的原子分子團(tuán)簇原位反應(yīng)裝置，以結(jié)構(gòu)清晰、可控以及重復(fù)性良好的氣相團(tuán)簇作為研究模型進(jìn)行了⁶³Cu₂⁺陽離子與甲醇、H₂、CO等氣體小分子的研究。團(tuán)簇研究結(jié)果表明只有甲醇分子可以引起Cu–Cu鍵斷裂，另外兩種氣體則顯示惰性。該部分為催化過程關(guān)鍵中間體的捕獲提供了重要信息。

論文的第一單位為浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院。浙江大學(xué)的肖豐收教授、王亮研究員、華東理工大學(xué)的曹宵鳴教授、北京理工大學(xué)的馬嘉璧教授為論文的通訊作者，本課題組博士生王明參與該工作中。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj1962

附課題組簡介：

馬嘉璧，教授，博導(dǎo)。圍繞著過渡金屬氮、氧化物團(tuán)簇結(jié)構(gòu)及反應(yīng)活性，N₂、CO₂、碳?xì)浠锏确€(wěn)定分子的（催化）活化和轉(zhuǎn)化，取得了一系列的成果。迄今為止，在Science、 J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等發(fā)表文章60余篇。主持國家青年人才項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金等。受邀擔(dān)任Chin. Chem. Lett.（中國化學(xué)快報(bào)）青年編委。