高指數晶面氧化鈷催化劑可替代貴金屬

　　近日，中科院金屬所與中科院寧波材料技術與工程所、中國工程物理研究院科研人員合作，利用碳包覆鈷磁性納米膠囊結構中缺陷石墨殼層的束縛作用，合成了富含高指數晶面的氧化鈷催化劑，在甲烷催化燃燒反應中體現出可替代貴金屬鈀、鉑的潛力。相關結果在線發表于《自然—通訊》。

　　研究人員通過原位氧化方法將碳包鈷納米顆粒局部破殼，金屬鈷暴露后發生的劇烈氧化過程導致內核體積膨脹，殘留的石墨外殼輔助形成缺陷度較高的氧化鈷顆粒。催化反應動力學表明，該催化劑具有轉換頻率高、表觀活化能低的特點，反應速率對氧分壓無明顯的依賴關系，并在一氧化碳、丙烷、苯系物的完全氧化反應中體現出較高活性。目前，研究人員正利用石墨殼層誘導效應合成其他可變價過渡金屬氧化物，并探索其在催化、儲能、燃料電池等領域的潛在應用。

　　據了解，貴金屬在眾多催化反應中體現出優異性能，但由于其固有的稀缺特性和高昂成本，使得貴金屬替代研究成為國際催化領域的重要發展方向之一。根據已掌握的反應機理，利用新穎的材料合成方法制備富含活性中心的納米結構，降低關鍵步驟能壘、提升反應速率，可在較低反應溫度和壓力下獲得較高的反應活性和目標產物選擇性。低成本的鐵、鈷等過渡金屬可以合金、氧化物、碳化物等形式存在，這些化合物組成各異、晶相多樣，有望通過精確設計在晶體生長階段實現活性中心的表面富集，使其具有接近或超越貴金屬的催化性能。