2015年10月13日
一组研究人员塔夫斯大学已经发现，一种先进型铂 - 铜催化剂的仅需要的铂的有限的浓度，在单个原子的形式，在具有成本效益的和清洁的方式执行重要的化学反应。
原子高分辨率显微镜显示上的铜纳米颗粒，可以拆分成氢原子使丁二烯的有效和选择性氢化的单铂原子。欧洲杯猜球平台
由于其卓越的能力，协助许多化学反应，铂被用作催化剂，在汽车转换器，燃料电池，和化学工业。由于铂的成本和稀缺性，更广泛地使用铂是不可能的。
此外，铂容易与一氧化碳结合，阻碍所期望的反应。例如，该反应可以看出，在高分子电解质膜（PEM）燃料电池。PEM燃料电池可用于小型移动电源生产极有可能的候选人，这不是基于内燃机或电池。
从一束团队说明的是通过散射在经济铜表面个体，分离铂原子的高效和成本有效的催化剂可为1,3-丁二烯的选择性氢化，这是当石脑油蒸汽裂化的或产生的化学生产瓦斯油催化裂解。
丙烯流包含称为丁二烯的杂质，其具有可从使用氢化过程中的流消除。这允许下游聚合物生产。银和钯是两种工业催化剂目前用于丁二烯加氢。
就像咖啡里的糖
查尔斯·赛克斯，化学教授，博士和在纸张上的高级作者之一指出，虽然铜在成本相对较低，这实际上是无法作为催化功能强大的铂。
“我们想找到一种方法来提高它的性能。”
首先，塔夫茨大学的研究人员进行了表面科学分析，以准确理解铂和铜的混合机制。欧洲杯线上买球
“我们很兴奋地发现铂金属溶解在铜中，就像糖溶解在热咖啡中一样，一直到单个原子。我们称这种材料为单原子合金欧洲杯足球竞彩。
为此，研究小组使用了专门的低温扫描隧道显微镜来观察单个铂原子，并观察它们如何与氢相互作用。
赛克斯说:“我们发现，即使在零下300华氏度的低温下，这些铂原子也能将氢分子分裂成原子，这表明铂原子非常善于在化学反应中激活氢。”
有了这些信息，该团队与工程学院能源可持续性Robert和Marcy Haber捐赠教授Maria Flytzani-Stephanopoulos博士合作，确定了工业应用中最有利的氢化反应。她证实那是丁二烯。
丁二烯在实验室真空条件下按预期反应。因此，Flytzani-Stephanopoulos的团队决定进一步研究。首先，研究人员制造了小批量的催化剂，如铂-铜单原子合金纳米颗粒，并将它们分散在氧化铝基板上。欧洲杯猜球平台然后，他们把它们暴露在工业温度和压力下。
Flytzani-Stephanopoulos表示:“令我们高兴的是，这些催化剂工作得非常好，它们的性能在许多天内都很稳定。”“虽然我们之前已经证明钯可以在封闭的反应堆系统中进行相关反应，但这次铂的工作是我们在工业相关条件下的流动反应堆操作的第一次演示。我们相信这种方法也适用于其他贵金属，如果添加为铜的少数成分。”
研究人员意识到，当使用更多铂时，反应效率会降低。这是因为铂原子团簇相对于单个原子具有低于标准的选择性。
“在这种情况下，少即是多，”Flytzani-Stephanopoulos说，“这是一件非常好的事情。”
环境效益
新型经济的铂-铜催化剂可能有助于扩大这种环境友好的过程和设备的接受度，因为铂在绿色化学品生产和清洁能源技术中大量使用，如催化转换器、燃料电池和从生物可再生原料生产的增值化学品。
这一发现之所以成为可能，是因为Sykes和Flytzani-Stephanopoulos之间长期的跨学科合作。
赛克斯说:“玛丽亚和我相识于7年多以前，我们经常讨论如何将我们相当不同的研究领域结合起来，在艺术、科学和工程学院进行有效的合作。”欧洲杯线上买球“我有一个最先进的显微镜，可以看到和操纵原子和分子，我想利用它的独特能力来洞察工业上重要的化学反应。在21世纪初，Maria的团队率先采用单原子方法，将金属固定在氧化物载体上，作为水气转换反应的独家活性位点，以升级燃料电池使用的氢流。她的实验室里已经有了催化剂设计的技术。回想起来，很明显，合力将是一种“自然”的发展。我们共同开创了单原子合金作为选择性加氢反应催化剂的新方向。我们的显微镜非常适合于表征表面的原子组成。我们得到了国家科学基金会、美国能源部和塔夫茨合作计划的资助，以推进欧洲杯线上买球这一新的研究领域。”
Sykes和Flytzani-Stephanopoulos利用这种方法设计了许多单原子合金催化剂，这些催化剂在最近引起了全球观众的兴趣。
Flytzani-Stephanopoulos说:“传统上，催化剂的开发是通过反复试验和筛选许多材料来进行的。”欧洲杯足球竞彩“在这项研究中，我们采用了一种基本的方法来了解单原子合金表面的原子尺度结构和性能，然后将这一知识应用于开发一种有效的催化剂。有了这些知识，我们现在就可以比较这些单原子合金催化剂与不同氧化物或碳表面的单原子催化剂的稳定性了。这为工业催化剂的设计提供了非常有用的标准。”
最初，这项研究是由两位合著者Felicia R. Lucci和Jilei Liu进行的，他们分别是Sykes实验室和Stephanopoulos实验室的研究生。
论文的其他作者是博士生马修D. Marcinkowski（化学）和明阳（化工工程），以及劳伦斯F.阿拉德，博士，材料科学与技术部，橡树岭国家实验室，谁为首的欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球述催化的样品的现有技术成像。
国家科学基金(CBET-1欧洲杯线上买球159882)和能源部(DE-FG02-05ER15730)资助了这项工作。
塔夫斯的研究结果发表在《自然通讯》杂志(DOI: 10.1038/NCOMMS9550)上，标题为“在单原子极限下丁二烯在铂铜合金上的选择性加氢”。