催化作為關(guān)鍵的核心技術(shù)，長期以來在國民經(jīng)濟的諸多領(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)研究項目。中科院大連化學(xué)物理研究所傅強、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)實驗和密度泛函理論計算的研究結(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到100%。研究組與新源動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）一氧化碳脫除的實際過程，在燃料電池真實操作的60-80攝氏度低溫以及25%二氧化碳和15%水蒸汽條件下，成功實現(xiàn)了一氧化碳完全脫除（<1ppm）。這是世界上首次報道的與燃料電池相匹配的一氧化碳高效脫除的實際應(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，通過與鐵的強相互作用提供了一種納米界面限域機制，穩(wěn)定了具有高活性的CUF結(jié)構(gòu)，并在催化反應(yīng)中實現(xiàn)了循環(huán)利用。依據(jù)這一概念，該實驗室正在進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，由這項研究發(fā)展起來的“界面限域催化”概念，對于更好地認識和理解多相催化中金屬和氧化物之間的“強相互作用”，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》同時對這一工作進行了報道。評價該項研究工作是催化劑研究從模型研究，理論分析到實際應(yīng)用的一個成功的范例。
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