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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李微雪教授團隊經(jīng)過八年攻關(guān)，結(jié)合大數(shù)據(jù)與第一性原理，提出并建立納米催化劑生長動力學(xué)的一般性理論，為理性設(shè)計和篩選實際使用條件下穩(wěn)定、抗燒結(jié)納米催化劑奠定了重要科學(xué)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果11月5日發(fā)表于國際權(quán)威期刊《科學(xué)》。

對于工業(yè)實踐來說，納米催化劑的穩(wěn)定性問題正成為產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，它是高效化工生產(chǎn)、能源和環(huán)境催化以及雙碳目標實現(xiàn)過程中“生死攸關(guān)的問題”。全球每年以熱致或化學(xué)誘導(dǎo)的納米催化劑的尺寸生長團聚為代表的工業(yè)催化劑失活，引起的替換或再生成本達數(shù)百億元人民幣。貴金屬催化劑日漸攀高的需求，進一步加劇延緩其失活的迫切性。目前，納米催化劑穩(wěn)定性的預(yù)測理論和一般性原理研究仍然處于起步階段，導(dǎo)致長達數(shù)年昂貴的催化劑壽命試錯實驗不可避免，并極大延遲高活性納米催化劑的工業(yè)轉(zhuǎn)化。因此，實現(xiàn)穩(wěn)健納米催化劑的理性設(shè)計，對納米催化領(lǐng)域具有重要的科學(xué)和經(jīng)濟價值。

李微雪教授與團隊成員胡素磊博士通過將大數(shù)據(jù)與第一性原理結(jié)合，以熱致或化學(xué)誘導(dǎo)納米催化劑燒結(jié)生長動力學(xué)作為突破口，積極探索控制納米材料生長的基本原理，以理論計算的研究方法來分析金屬納米催化劑中金屬與載體的相互作用關(guān)系，以原子吸附能、納米粒子黏附能為標度，從理論層面建立起相互作用與穩(wěn)定性之間的關(guān)系，即金屬納米催化劑與載體的相互作用既不能太強，否則會導(dǎo)致以奧斯特瓦爾德熟化的方式失活；也不能太弱，否則會導(dǎo)致以粒子遷移與碰撞的機制失活；只有相互作用適中時，金屬納米催化劑的穩(wěn)定性達到最優(yōu)。他們還提出并發(fā)展了利用雙功能載體打破標度關(guān)系限制的高通量篩選策略，為實現(xiàn)超穩(wěn)定納米催化劑的設(shè)計和預(yù)測提供了可能。