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　　從基礎(chǔ)理論開始建構(gòu)活性中心

　　首先要解釋的是活性中心的概念，固體催化劑表面是不均勻的，表面上只有一部分位點(diǎn)對反應(yīng)物分子起活化作用，這些位點(diǎn)被稱為活性中心。

　　“眾多酶催化和均相催化反應(yīng)的活性中心是納米結(jié)構(gòu)限域的配位未飽和位。血紅蛋白中受平面卟啉環(huán)束縛的二價鐵離子（Fe2+）就是這樣一個配位未飽和位。通俗地說，就像一個人有兩只手，現(xiàn)在只有一只手拿著東西，另一只手還可以去拿別的東西�！卑藕驼f。

　　要控制制備和循環(huán)使用這類配位未飽和的結(jié)構(gòu)單元，對多相催化的發(fā)展具有十分重要的意義，也是催化基礎(chǔ)理論研究的一個巨大挑戰(zhàn)。包信和說：“我們在此提出一種機(jī)理，即利用納米結(jié)構(gòu)的氧化亞鐵和金屬（鉑）基底界面所產(chǎn)生的限域效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)這個目的。”

　　為此，包信和小組與理論催化研究小組李微雪等研究人員合作，借助貴金屬表面與氧化亞鐵薄膜中鐵原子之間的強(qiáng)相互作用所產(chǎn)生的界面限域效應(yīng)，結(jié)合表面科學(xué)實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論計算的研究結(jié)果，成功地在金屬鉑表面控制沉積2~5納米大小的規(guī)整單層氧化鐵島。由于鉑與鐵原子的強(qiáng)相互作用，使得表面氧化鐵物種穩(wěn)定保持在低價的亞鐵（FeO）狀態(tài)。這樣，在納米氧化亞鐵島邊緣形成一種配位未飽和的亞鐵中心，他們把這種結(jié)構(gòu)稱為CUF。

　　理論分析結(jié)果表明，這些亞鐵活性位對分子氧具有較強(qiáng)的吸附能力，但不吸附CO，從而解決了CO的中毒問題。進(jìn)一步計算研究表明，吸附在CUF中心的分子氧在幾乎不需要活化能的情況下便能迅速解離，生成高活性的原子氧物種，完成催化氧化反應(yīng)。

　　從基礎(chǔ)理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用

　　接下來要做的是將這一由基礎(chǔ)研究取得的概念推廣到真實(shí)催化劑的創(chuàng)制過程，包信和小組成功地制備出了二氧化硅擔(dān)載的、粒子尺寸在2~4納米左右的鉑—鐵真實(shí)催化劑，用于氫氣中微量CO的催化脫除反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)原料氣的配比（CO∶O2∶H2）為1∶0.5∶98.5時，在室溫條件下，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率和氧分子氧化一氧化碳的選擇性均達(dá)到100%，也就是說，在大量氫氣存在的條件下，由該催化劑活化形成的原子氧物種高選擇性地進(jìn)行了一氧化碳氧化反應(yīng)，而沒有與H2反應(yīng)生成水。而在相似條件下，采用通常的鉑催化劑，一氧化碳的轉(zhuǎn)化率僅為5%左右。