北理工化學(xué)學(xué)院在團(tuán)簇化學(xué)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2016-04-13 供稿：化學(xué)學(xué)院 馬嘉璧
編輯：化學(xué)學(xué)院 田柳 閱讀次數(shù)：
催化劑在化學(xué)化工中具有廣泛的應(yīng)用，人類生產(chǎn)生活中超過(guò)80%的產(chǎn)品在其制備過(guò)程中需要使用催化劑。由于催化劑表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜、活性的影響因素眾多，使用現(xiàn)有手段，研究人員較難直接獲得催化劑活性位點(diǎn)的構(gòu)效關(guān)系。利用團(tuán)簇模型，在條件可控、排除外界干擾的情況下對(duì)活性位點(diǎn)進(jìn)行模擬，可以在單一原子量分辨水平上測(cè)量團(tuán)簇的反應(yīng)活性。在國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市自然科學(xué)基金委、北理工化學(xué)學(xué)院原子分子簇科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及張韞宏教授等的大力支持下，化學(xué)學(xué)院青年教師馬嘉璧博士帶領(lǐng)的研究小組與中科院化學(xué)所何圣貴研究員合作，在團(tuán)簇化學(xué)研究領(lǐng)域取得創(chuàng)新性研究成果。
圖1. HNbN−與Pt活化甲烷的活化軌道
。。過(guò)渡金屬氮化物被認(rèn)為是一種有望代替貴金屬的廉價(jià)材料。研究人員利用高分辨率質(zhì)譜技術(shù)、光電子成像技術(shù)結(jié)合理論計(jì)算手段，成功合成出具有類鉑原子（Pt）反應(yīng)活性的陰離子HNbN−。HNbN−的活性軌道與Pt原子的活性軌道相近，故而展示出與Pt相近的反應(yīng)活性。該成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（2016, DOI: 10.1002/anie.201511507）雜志上（圖1）。鉑等貴金屬的價(jià)格昂貴，儲(chǔ)量稀少，因而不可能實(shí)現(xiàn)含貴金屬催化劑的大規(guī)模生成。如何利用儲(chǔ)量相對(duì)豐富的非貴金屬代替貴金屬一直是科研人員的夢(mèng)想之一。該研究為利用非貴金屬代替貴金屬提供了一種可能的途徑，也為如何理性設(shè)計(jì)非貴金屬催化劑提供了思路。《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）是目前國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域最具影響力的綜合性刊物之一，該刊物最新影響因子為11.261。
圖2. 鈰釩氧化物團(tuán)簇的活性研究
圖1. HNbN−與Pt活化甲烷的活化軌道
。。過(guò)渡金屬氮化物被認(rèn)為是一種有望代替貴金屬的廉價(jià)材料。研究人員利用高分辨率質(zhì)譜技術(shù)、光電子成像技術(shù)結(jié)合理論計(jì)算手段，成功合成出具有類鉑原子（Pt）反應(yīng)活性的陰離子HNbN−。HNbN−的活性軌道與Pt原子的活性軌道相近，故而展示出與Pt相近的反應(yīng)活性。該成果發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（2016, DOI: 10.1002/anie.201511507）雜志上（圖1）。鉑等貴金屬的價(jià)格昂貴，儲(chǔ)量稀少，因而不可能實(shí)現(xiàn)含貴金屬催化劑的大規(guī)模生成。如何利用儲(chǔ)量相對(duì)豐富的非貴金屬代替貴金屬一直是科研人員的夢(mèng)想之一。該研究為利用非貴金屬代替貴金屬提供了一種可能的途徑，也為如何理性設(shè)計(jì)非貴金屬催化劑提供了思路。《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）是目前國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域最具影響力的綜合性刊物之一，該刊物最新影響因子為11.261。
圖2. 鈰釩氧化物團(tuán)簇的活性研究
。。此外，該團(tuán)隊(duì)在過(guò)渡金屬氧化物團(tuán)簇方面也取得系列進(jìn)展。納米尺寸團(tuán)簇的研究在氣相團(tuán)簇領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。團(tuán)簇離子的反應(yīng)活性通常會(huì)隨著其尺寸增長(zhǎng)而迅速降低，例如釩氧團(tuán)簇(V2O5)10+與CH4的反應(yīng)速率比(V2O5)2+慢兩個(gè)數(shù)量級(jí)。該團(tuán)隊(duì)研究人員發(fā)現(xiàn)：(CeO2)m(V2O5)n+系列團(tuán)簇可以活化甲烷；通過(guò)將鈰原子摻入到釩氧團(tuán)簇陽(yáng)離子中，可以有效阻止釩氧團(tuán)簇的聚集，從而阻止團(tuán)簇活性的下降。該成果發(fā)表在《ChemPhysChem》雜志上（2016, DOI: 10.1002/cphc.201501126），被選為外封面（Front Cover）并為作者制作了Cover Profile宣傳本文（圖2）。這些工作為認(rèn)識(shí)相關(guān)催化反應(yīng)機(jī)理提供了新方法和新思路。
。。馬嘉璧老師于2013年加入我校化學(xué)學(xué)院物理化學(xué)系，目前已發(fā)表第一作者及通訊作者SCI論文15篇，1篇JACS（封面文章、熱點(diǎn)文章），3篇Angew. Chem. Int. Ed.，其中包含2篇外封面文章。
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