【中國科技網】揭秘雙金屬材料中的“排兵布陣”——我國學者揭示金屬原子排布序列影響氣體吸附的作用機制
科技日報記者 韓榮 通訊員 李清波
雙金屬催化劑在工業過程中有著廣泛應用。受限于微觀結構探測手段缺乏，以往關于雙金屬催化劑中多金屬活性中心的組成和原子排布的研究，多以推測為主。但其排布又是決定催化性能的關鍵因素，因此揭秘多金屬原子如何“排兵布陣”是改善催化劑性能是非常重要的課題。
4月16日，記者從中國科學院山西煤炭化學研究所獲悉，該單位何鵬團隊聯合南開大學、中國科學院青海鹽湖所的科研團隊，使用固體核磁共振方法，解析了含有一維金屬氧鏈的混合金屬有機骨架材料，揭示了鎂離子和鈷離子在原子尺度上的排列狀況，并建立了上述原子尺度結構信息與宏觀氣體吸附性能之間的聯系。相關研究成果在《美國科學院院刊》上發表。
何鵬介紹，傳統的有機骨架材料合成過程一般會加入多種金屬離子，以期優化金屬有機骨架材料性能。同時，研究表明混合金屬材料，可展現出比單一金屬材料更優異的性能。有學者認為，這種優異性能可能與其中的特殊金屬離子排列有關。“因此，揭示在更小尺度上金屬離子排列規律，以及其中的結構—性能關系十分有必要。”何鵬說。
為此，研究團隊采用先進技術手段，一次探測了上述材料的三個連續金屬原子。金屬原子的相對位置會影響相鄰碳原子的核磁信號，因此通過碳原子對金屬序列的響應，團隊就能倒推出相鄰金屬原子的位置。在此條件下，研究團隊首次揭秘了雙金屬材料中金屬原子的三維分布。
何鵬表示，通過固體核磁共振方法研究混合金屬有機骨架材料的方法，可以獲得其他手段所無法獲得的原子尺度結構信息，有望為催化位點的理性設計提供依據。沿著這條道路，未來將可能研發出更多工業可用催化劑。
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