黃金，是具有永久價(jià)值的“高貴”金屬，一直作為人類(lèi)社會(huì)財(cái)富和權(quán)力的載體而得到青睞。然而，決定黃金這種“高貴”地位的化學(xué)惰性，曾一度讓化學(xué)家喜歡不起來(lái)。

直到20世紀(jì)80年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)納米小尺寸金粒子對(duì)許多化學(xué)反應(yīng)都具有非凡的催化作用，并由此引發(fā)了催化領(lǐng)域乃至納米科技領(lǐng)域的“淘金熱”。這種高化學(xué)惰性和高催化活性的巨大反差，刷新了人們對(duì)黃金的認(rèn)識(shí)，是納米金的首度驚艷亮相。

然而，與納米金非凡催化活性伴生的先天不足是其熱穩(wěn)定性極差。據(jù)測(cè)算，2納米大小的金粒子在330℃就會(huì)熔化成液滴，像露珠在荷葉上一樣，很容易聚集到一起變成催化活性差的大粒子。黃金的熔點(diǎn)低(1064℃，鉑1763℃)，讓穩(wěn)定小尺寸金納米粒子成為近乎不可能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。

金的低熔點(diǎn)和高熱穩(wěn)定性這一對(duì)冤家能否像其高化學(xué)惰性和高催化活性一樣，相殺相生，再度令人驚艷?

近日，中科院大連化學(xué)物理研究所航天催化與新材料研究中心張濤院士和李為臻研究員團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)李雋教授團(tuán)隊(duì)合作，制備出來(lái)可抗1100℃高溫的納米金催化劑，將尺寸約為3納米的金粒子的穩(wěn)定溫度提高到黃金的熔點(diǎn)以上。

小尺寸金納米粒子是眾多金原子球的緊密聚集體。氧化物載體可以看做是大量氧負(fù)離子球的堆積體，氧負(fù)離子球的空隙中填充了直徑更小的金屬陽(yáng)離子球。這些氧負(fù)離子球的空隙也是金原子球喜歡停留的落腳點(diǎn)。簡(jiǎn)單的講，金納米粒子和氧化物載體可以分別類(lèi)比成具有凸柱和凹槽的樂(lè)高磚塊。很顯然，只有凸柱和凹槽的尺寸和周期性分布都很匹配的時(shí)候，兩塊樂(lè)高磚塊才可以牢固的結(jié)合在一起。

如何找到適合納米金“樂(lè)高磚塊”的氧化物“樂(lè)高磚塊”呢?研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，鎵酸鎂尖晶石氧化物是理想的選擇之一。果然，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，將小尺寸金納米粒子負(fù)載在鎵酸鎂尖晶石后，約3納米大小的金納米粒子在經(jīng)過(guò)800甚至1100攝氏度焙燒后仍然存在!

在高于黃金熔點(diǎn)的溫度下，金納米粒子仍然穩(wěn)定存在，這顯然違反了單質(zhì)金晶體所必須遵循的熱力學(xué)定律。預(yù)示著金與鎵酸鎂尖晶石結(jié)合后，已經(jīng)改變了性質(zhì)。確實(shí)，在高倍電子顯微鏡下觀察被加熱到1100攝氏度的樣品發(fā)現(xiàn)，金粒子牢固地與鎵酸鎂尖晶石結(jié)合在一起，仍然以納米晶體的結(jié)構(gòu)存在，并未被熔化成液滴。二者像長(zhǎng)在一起一樣，形成了一種新的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，研究者稱(chēng)之為金屬-氧化物“異質(zhì)孿晶”結(jié)構(gòu)。

這種金與載體界面結(jié)構(gòu)的變化，并未影響金納米粒子的其他表面上金原子的催化能力。由于其同時(shí)具有很高的熱穩(wěn)定性和催化活性，有望推動(dòng)納米金催化劑在眾多重要化工及環(huán)保催化反應(yīng)過(guò)程中的工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。比如，該催化劑即使經(jīng)過(guò)800攝氏度高溫焙燒后，仍能在較低的溫度下高效地催化一氧化碳和碳?xì)浠衔锏难趸磻?yīng)，可以解決當(dāng)前柴油車(chē)尾氣氧化催化劑在低溫時(shí)消除上述污染物不力的問(wèn)題。

從超低溫催化活性到超高溫?zé)岱€(wěn)定性，納米金梅開(kāi)二度，再次呈現(xiàn)出對(duì)立統(tǒng)一的魅力。納米金能否梅開(kāi)三度，驚艷世人，讓我們拭目以待。