黄金的隐匿之美浙大成果再登国际顶级期

近期，浙江大学电子显微镜中心张泽院士团队的王勇教授联合中科院上海高等研究院高嶷研究员、丹麦科技大学Wagner教授和Hansen博士等团队，在环境透射电子显微镜中，首次在原子尺度下一氧化碳催化氧化过程中观察到催化剂界面活性位点的可逆变化，并据此实现了界面活性位点的原子级别原位调控。这项成果对今后设计更好的环境催化剂、高效稳定地处理污染气体具有重要意义。这项研究在北京时间年1月29日，被国际顶级期刊《Science》在线刊登，该工作得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金、教育部、中科院青促会、国家超级计算广州中心、上海超算中心、中国博士后基金、硅材料国家重点实验室的共同资助和支持。

长久以来，黄金一直给人以灿烂、稳定、高贵的印象。神奇的是，当只有几百个金原子组成的纳米金颗粒负载在二氧化钛表面上，古板的金就变得活力四射起来，显示出独特的催化活性，成了促进多种催化反应的高级主攻手。尽管金与二氧化钛载体界面被认为在催化反应中发挥着关键作用，然而微观层面上的界面催化过程还是一个神秘的“黑箱”。经过长达五年的研究，浙江大学电子显微镜中心张泽院士团队的王勇教授等，为我们揭开这一黑箱之谜，提供了一些线索。

在科学家眼里，黄金直到最近40年才“有趣”起来。他们过去认为，黄金的化学性质不活泼，不大参与化学反应，所以多少有点无趣。上世纪80年代，日本学者春田正毅偶然发现，当尺寸小到纳米尺度时，黄金是优良的催化剂；负载在氧化物载体上的金纳米颗粒能很好地催化一氧化碳与氧气反应生成二氧化碳。随后，人们陆续发现金颗粒在许多化学反应中都有独特的催化作用。

“这是黄金的隐匿之美。”面对日益兴起的研究热潮，英国卡迪夫大学化学学院GrahamHutchings教授曾动情地赞叹：“金，这名元素灰姑娘确实已经褪去了不起眼的装束，正在步入反应活性的高端舞会。”同时，在以“眼见为实”为终极目标的王勇看来，金的“隐匿之美”存在一个巨大的“黑箱”：在活性位点，催化过程究竟是如何发生的？

科学家需要把视线聚焦到原子尺度。在这一尺度，化学反应并不是处处发生，而是仅发生在催化剂的活性位点附近。“金很特别，它负载在二氧化钛等材料表面才显示优异的催化能力，而金的活性位点恰好在两者接触的界面。”王勇说，相对于活性位点位于表面的催化剂，活性位点藏在界面的催化剂研究起来要难得多。“活性位点是催化的核心，也是了解催化机制的关键，这吸引着我们去一探究竟。”

这一研究不仅观察到了催化剂界面的转动“奇观”,为未来催化剂的设计提供了新思路，还将有助于人类通过原子层面的原位“智造”设计开发出更为优秀的催化剂。与此同时，金颗粒二氧化钛催化剂对于消除一氧化碳、防止中毒和保护环境具有积极作用，这将为研发更廉价高效、安全稳定的催化剂打开一扇新窗户。

对于这一突破性成果，张泽院士说：“科学研究要‘两条腿走路’，一条走到世界前沿，发现新现象，找到新规律；另一条应服务国民经济发展，期望我们的科学发现能助力高效稳定催化剂的研发，这样才能为国解忧，为民造福。”