研究人员发现纳米催化剂如何在原子水平上起作用

芬兰Jyväskylä大学纳米科学中心(NSC)和中国厦门大学的研究人员发现，当酮分子转化为醇分子时，纳米尺度的铜颗粒如何改变碳 - 氧键。在有机分子中发现的碳 - 氧和碳 - 碳键的改性是催化反应中的重要中间阶段，其中源材料变为有价值的最终产物。

理解催化剂在单个颗粒的原子结构水平上的操作使得可以开发具有所需特征的催化剂，例如使它们对特定的最终产物有效和选择性。该研究发表在ACS Nano上。在芬兰，该研究由学院教授HannuHäkkinen领导。

本研究中使用的催化铜颗粒在厦门大学制造和结构表征，他们在加氢反应中改变强碳 - 氧键的操作由Jyväskylä大学纳米科学中心(NSC)的研究人员进行了研究。计算机模拟。通过X射线衍射和核磁共振(NMR)光谱确定铜颗粒的精确原子结构。发现颗粒含有25个铜原子和10个氢，并且有18个硫醇保护颗粒表面。虽然厦门的实验工作揭示了其在酮类催化加氢中的优异性能，但模拟预测结合到颗粒铜核上的氢作为储氢，释放出两个氢原子。在反应过程中与碳 - 氧键结合。在反应之后重新填充氢存储，此时从其周围附着到颗粒的氢分子分裂成两个氢原子，其再次与铜核结合(参见图像)。在厦门进行的NMR测量揭示了反应的中间产物，这证实了计算模型的预测。

“这是有史以来第一次有可能发现催化粒子如何准确地知道它的结构，这得益于实验和模拟的合作，”Jyväskylä大学的学院教授HannuHäkkinen说，谁领导了研究的计算部分。

Häkkinen的合作者，计算催化学教授Karoliina Honkala说：“传统上，昂贵的铂基催化剂用于加氢反应。这项研究证明纳米级氢化铜颗粒也可作为加氢催化剂。结果给人们的希望，在未来，有可能开发出有效且廉价的铜基催化剂，将官能化有机分子转化为具有更高附加值的产品。“

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