中科院大連化物所孫劍研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種可替代貴金屬金或銀的銅催化劑，在催化加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出與傳統(tǒng)銅催化劑完全不同，而與金或銀接近的性能。相關(guān)研究成果發(fā)表于 2018年 12月 22日出版的 《科學(xué)-進(jìn)展》（Science Advances）上。與金、銀相比，同族的非貴金屬銅更易獲得且價格便宜，但是銅金屬也更容易失去外圍電子，在催化反應(yīng)中更易被氧化--金屬銅在氧化或加氫等催化反應(yīng)中常表現(xiàn)出銅零價和一價共存的化學(xué)態(tài)，因此銅催化劑化學(xué)性質(zhì)并不穩(wěn)定。為提高銅催化劑的穩(wěn)定性，該研究團(tuán)隊(duì)嘗試通過“高能等離子體流轟擊”的方法，改變銅的外圍電子結(jié)構(gòu)，使銅表現(xiàn)出貴金屬金和銀的特性，在催化反應(yīng)中保持0價態(tài)，進(jìn)而可以替代金、銀催化劑。這種等離子體流轟擊銅改變其電子結(jié)構(gòu)的過程被科研人員比喻為對銅催化劑的“冷凍”處理。它是采用磁控濺射裝置，在電場驅(qū)動下，通過被等離子體化的氬氣產(chǎn)生的高能粒子流，定向的轟擊銅金屬靶，使得金屬銅以原子形式均勻沉積于載體表面。科研人員嘗試在草酸二甲酯催化加氫反應(yīng)中，用“冷凍”的銅納米顆粒催化劑替代貴金屬催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，被“冷凍”的銅納米顆粒在反應(yīng)過程中可被鎖定在金屬態(tài)，實(shí)現(xiàn)在反應(yīng)溫度為230～290oC范圍內(nèi)，草酸二甲酯加氫反應(yīng)的主產(chǎn)物為高附加值的乙醇酸甲酯，且乙醇酸甲酯的選擇性可最高達(dá)87%。反應(yīng)過程中，“冷凍”的銅納米顆粒催化劑表現(xiàn)出了與貴金屬金或銀極其類似的催化性能。該結(jié)果顛覆了銅催化劑利于發(fā)生深度加氫反應(yīng)而生成乙二醇和乙醇等醇類化合物的傳統(tǒng)認(rèn)知，證明了銅金屬經(jīng)過處理，可以表現(xiàn)出了與貴金屬金或銀極其類似的催化性能。