在新能源和環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，一直困擾著科學(xué)家們的一個關(guān)鍵問題是如何尋找和設(shè)計高效、廉價且環(huán)境友好的催化劑材料。近日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院和美國特拉華大學(xué)教授合作，在多尺度能源材料設(shè)計領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。

過程和結(jié)果

據(jù)了解，他們通過密度泛函理論結(jié)合動力學(xué)模特卡羅的多尺度計算模擬，預(yù)測了一種新型的雙金屬納米功能材料：通過對一種金屬納米顆粒表面用另外一種金屬作亞單層“缺陷”的修飾，能夠提高2～3個數(shù)量級的催化活性。

其研究表明，通過對鉑納米顆粒表面進(jìn)行鎳原子亞單層修飾，能成功實現(xiàn)多功能催化：覆蓋在鉑納米顆粒上的亞單層鎳原子能有效分解氨氣，同時解離的氮原子擴(kuò)散到鎳臺階邊緣進(jìn)而脫附，釋放出無毒害的氮?dú)狻６鴼錃夂苋菀讖谋砻婷摳剑瑥亩鴮崿F(xiàn)了無碳的氫氣釋放。這種亞單層的“缺陷”表面不但相對于完美的無缺陷表面有兩到三個數(shù)量級的性能提高，也具有更易于實驗合成的優(yōu)點。

方法和思路

該發(fā)現(xiàn)為材料設(shè)計開辟了新的可能性，即科學(xué)家可以通過調(diào)控復(fù)合材料表面的形貌和成分，從而利用材料的不可避免的不完美性以及不同組分的協(xié)同效應(yīng)來完成各種復(fù)雜的反應(yīng)。可以理解為，重要的并不是預(yù)測材料本身，而是材料設(shè)計的新方法、新思路，這毫無疑問將給粉體材料設(shè)計方面的科研人員帶來一些靈感。

粉體圈·郜白

參考來源：中國科學(xué)報