用于环境可持续发展的复杂金属催化剂被发现会退化并变得不稳定

导读：一项新研究表明，正在考虑用于工业规模的环境修复工作的一些微小的催化剂在运行期间可能是不稳定的。

一项新研究表明，正在考虑用于工业规模的环境修复工作的一些微小的催化剂在运行期间可能是不稳定的。滑铁卢大学的化学家们研究了被称为 "纳米级电催化剂 "的复杂催化剂的结构，发现它们并不像科学家曾经认为的那样稳定。在使用过程中，当电流流经它们时，原子可能会重新排列。研究人员发现，在某些情况下，电催化剂会完全退化。

了解这种重新排列和降解发生的原因和方式，是将这些纳米级电催化剂用于环境修复工作的第一步，例如去除大气中的二氧化碳和地下水污染物，并将其转化为更高价值的产品，如燃料。

滑铁卢化学系教授Anna Klinkova说：“目前的电催化剂依赖于复杂的纳米级结构，以优化其效率。然而，我们发现的是，这些复杂的纳米材料的优越性能往往是以其逐渐的结构退化为代价的，因为在其有效性和稳定性之间存在着权衡。”

Klinkova和她的团队发现，催化剂中原子的重排取决于金属的类型、结构形状和催化剂的反应条件。

他们确定了重排的两个原因。一些小分子可以暂时附着在催化剂的表面，并减少一个原子在表面移动所需的能量。在其他情况下，催化剂内的狭窄区域集中了电子的电流，导致金属原子通过一个称为电迁移的过程发生位移。电迁移先前已在微电子学中被确认，但这是第一次将其与纳米级催化剂联系起来。

这些发现为评估结构稳定性和绘制纳米级催化剂的几何形状变化建立了一个框架，这是未来设计更好的催化剂的一个重要步骤。

“这些结构效应可以作为未来催化剂开发的设计规则之一，以最大限度地提高其稳定性，”Klinkova说。“你也可以有目的地诱导重建到一个不同的结构，在反应开始时变得活跃。”