负载型金属纳米粒子在许多工业催化过程中发挥着关键作用，包括化学品和燃料的生产、汽车尾气处理以及用于清洁能源技术的燃料电池。负载型催化剂的性能对金属粒径有很强的依赖性； <3 nm 的最佳粒径通常需要增加活性金属的比表面积。然而，当小尺寸的金属纳米颗粒催化剂用于现实的反应环境中，尤其是在高温下时，由于随着颗粒尺寸的减小，表面能急剧增加，它们有强烈的烧结倾向（生长成更大的颗粒）。这种金属烧结不可避免地导致活性表面积的损失，从而导致催化剂失活。对催化剂烧结的基本了解对于为可持续和经济的催化过程开发热稳定催化剂至关重要，特别是在考虑到贵金属供应减少和需求增加的情况下。

有鉴于此，中国科学技术大学梁海伟教授、李微雪教授和Yue Lin等人，证明了颗粒距离作为一个内在参数在催化剂烧结中起着关键作用。

本文要点

1）提出了用于抑制碳载体上金属烧结的临界粒子距离的量化。采用比表面积为250 ~ 1500 m² g⁻¹的四种商用炭黑载体上负载的Pt纳米颗粒构建模型体系，通过改变炭黑载体、金属负载和热处理温度，可以精确控制各种Pt/C催化剂的颗粒距离。

2）通过Pt/C模型的研究，可以量化一个临界粒子距离，超过这个距离，即使在900°C, Pt烧结也会被显著抑制。基于原位像差校正的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜和理论研究，发现将粒子距离扩大到超过临界距离会抑制粒子聚结，而临界粒子距离本身敏感地依赖于金属-支撑相互作用的强度。

3）通过强化金属与载体的相互作用，如硫掺杂碳载体，可以缩短临界距离，提高临界负载量。还展示了催化丙烷脱氢中临界距离概念的实现。

参考文献：

Yin, P., Hu, S., Qian, K. et al. Quantification of critical particle distance for mitigating catalyst sintering. Nat Commun 12, 4865 (2021).

DOI: 10.1038/s41467-021-25116-2

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25116-2