催化作為關(guān)鍵的核心技術(shù)，長期以來在國民經(jīng)濟(jì)的諸多領(lǐng)域，如石油煉制、合成化肥、合成纖維和汽車尾氣處理等方面發(fā)揮了巨大的作用。973計(jì)劃于1999年開始持續(xù)部署和支持了“天然氣、煤層氣優(yōu)化利用的催化基礎(chǔ)”、“天然氣及合成氣高效催化轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)研究”重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。中科院大連化學(xué)物理研究所傅強(qiáng)、馬丁、包信和、李微雪等研究人員合作，借助貴金屬表面與單層氧化亞鐵薄膜中鐵原子的強(qiáng)相互作用所產(chǎn)生的界面限域效應(yīng)，結(jié)合表面科學(xué)實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論計(jì)算的研究結(jié)果，成功地構(gòu)建了表面配位不飽和亞鐵結(jié)構(gòu)（CUF）。這種界面限域的CUF中心與金屬載體協(xié)同作用，在分子氧的低溫活化過程顯示出非常獨(dú)特的催化活性；應(yīng)用于富氫氣氛下一氧化碳選擇氧化，在室溫條件下，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率和氧化一氧化碳的選擇性均達(dá)到100%。研究組與新源動(dòng)力股份有限公司合作，將這一催化劑應(yīng)用到質(zhì)子交換膜燃料電池燃料氣氫氣中微量（30ppm）一氧化碳脫除的實(shí)際過程，在燃料電池真實(shí)操作的60-80攝氏度低溫以及25%二氧化碳和15%水蒸汽條件下，成功實(shí)現(xiàn)了一氧化碳完全脫除（<1ppm）。這是世界上首次報(bào)道的與燃料電池相匹配的一氧化碳高效脫除的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果。
在這一高效的催化體系中，貴金屬鉑除了提供CO吸附位之外，一個(gè)非常重要的作用就是像生物酶中的蛋白配體一樣，通過與鐵的強(qiáng)相互作用提供了一種納米界面限域機(jī)制，穩(wěn)定了具有高活性的CUF結(jié)構(gòu)，并在催化反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用。依據(jù)這一概念，該實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)一步尋找合適的襯底材料（如納米結(jié)構(gòu)碳材料、復(fù)合材料等），使其能發(fā)揮與貴金屬鉑相似的功效，從而實(shí)現(xiàn)重要催化體系，特別是能源高效轉(zhuǎn)化催化體系中貴金屬的替代。同時(shí)，由這項(xiàng)研究發(fā)展起來的“界面限域催化”概念，對于更好地認(rèn)識(shí)和理解多相催化中金屬和氧化物之間的“強(qiáng)相互作用”，創(chuàng)制新的納米催化體系，提供了重要的理論基礎(chǔ)和科學(xué)指導(dǎo)。
美國《C&E News》和英國《Chemistry World》同時(shí)對這一工作進(jìn)行了報(bào)道。評(píng)價(jià)該項(xiàng)研究工作是催化劑研究從模型研究，理論分析到實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)成功的范例。
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