虽然汽车尾气净化是最著名的催化应用过程之一，但只是冰山一角。实际上整个化工行业都依赖于催化反应。因此，催化剂设计在改善这些过程中扮演着重要的角色。一个国际科学家研究小组开发了一个很好地关联了几何和吸附性能的方法，并通过一种新型燃料电池铂催化剂的设计验证了他们的方法。

并不是铂表面都具有催化活性，只有一些特别位置被称为活性中心。

利用悬挂透镜装置测量铂电极。

(图片来源:慕尼黑工业大学Wenzel Schuermann)

虽然汽车尾气净化是最著名的催化应用过程之一，但只是冰山一角。实际上整个化工行业都依赖于催化反应。因此，催化剂设计在改善这些过程中扮演着重要的角色。一个国际科学家研究小组开发了一个很好地关联了几何和吸附性能的方法，并通过一种新型铂基燃料电池催化剂的设计验证了他们的方法。氢是一种理想的能源载体：过剩的风能可以把水分解。氢气可高效地驱动燃料电池驱动汽车。排出的废物只有水，行程可与之前相同。但燃料电池汽车仍很少应用，所需的铂(Pt)极其昂贵，世界每年的铂产量不能满足所有汽车的需求。

燃料电池的一个关键组件是还原氧气的铂催化剂。众所周知，并不是整个铂表面，只有一些被称为活性中心的特别位置是具有催化活性的。

来自于慕尼黑工业大学和鲁尔大学(德国)、巴黎高等师范学院(ENS)、国家科学研究中心(CNRS)和里昂第一大学(法国)和莱顿大学(荷兰)的科学家们已着手确定活跃中心如何构成。

研究模型

开发催化剂和模拟表面过程的常用方法是计算机模拟。但随着原子数量的增加，量子化学计算很快就变得极其复杂。

利用他们被称为“配位激活图(coordination-activity plots)”的新方法，研究小组提出一个可很好地关联几何和吸附性能的替代方案。这种方法基于“广义配位数”(GCN)，计算原子的临近原子和其配位数。

利用这种新方法计算，典型铂(111)表面的GCN值为7.5。根据配位激活图，最优催化剂的值应该为8.3。所需更高的临近原子数可通过将原子尺寸空位引入到铂表面而获得。

成功的实践测试

为了验证他们的新方法的准确性，研究人员利用计算的方法设计了一种新型燃料电池铂催化剂。实验中利用三种不同的方法合成模型催化剂。所有三种方法合成的催化剂均显示出3.5倍催化活性。

“这项工作为催化剂的研发开辟了一种全新的方式：基于几何原理设计比其他方法更具洞察力，”Federico Calle-Vallejo说。“该方法的另一个优势是明显基于化学基本原则：配位数，这大大地促进了计算设计的实验应用。”

“利用这个知识，我们可以开发含有明显降低铂用量或包含其他催化活性金属的纳米粒子，”慕尼黑工业大学终身教授Aliaksandr S. Bandarenka说。”未来可以将我们的方法和过程扩展应用到其他催化剂。”

新材料在线编译整理——翻译：Grubby     校正：摩天轮