2018/10/10 16:06:19
新材料在线
20360
单原子材料,更准确的说法是原子级分散材料,是纳米材料发展的极限。不同于传统的纳米材料,单原子材料的尺寸在1纳米以下,具有独特的量子特性与表面化学活性,在催化、信息存储等领域具有巨大的应用潜力。
尤其是在催化领域,由于单原子材料粒径尺度极低,表面活性极高,与载体材料具有特殊的结合作用,因此单原子催化材料具有近似100%的原子利用率、高催化选择性和高催化活性,应用前景广阔,被称为催化领域研究中“皇冠上的明珠”。
图1 纳米材料的发展历程
图2 各种金属单原子材料(引自:Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57,3354-3359.)
单原子材料如果能够在催化领域大规模应用,既可以为实际生产提供大量新型催化剂,更有望替代传统催化剂,尤其是贵金属催化剂。
1、为什么说单原子材料有望替代传统贵金属催化剂?
众所周知,贵金属催化剂是化工新材料发展的基础。化工产品生产过程中,85%以上的反应都是在催化剂的作用下进行的,发达国家GDP的20%~30%直接来自于催化剂和催化反应。
其中贵金属催化剂凭借较高的催化活性和选择性,以及耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性,在石油化工、医药、食品、环保、能源、电子等领域占有极其重要的地位,成为最重要的催化剂材料之一。
但贵金属催化剂往往成本较高,限制了其应用范围。单原子贵金属催化剂,可以大幅度减少贵金属的用量,从而显著降低催化剂的使用成本,应用前景广阔。我们预计,未来单原子催化材料将广泛应用于包括TVOC空气治理、燃料电池、医药合成、基础化学工业等高效催化领域。
2、如何解决单原子材料宏量、低成本制备问题?
单原子材料催化效率固然很高,但其大规模合成依然是学术界的难点。单原子的合成方法主要有模板法、光化学还原法、微流法等,后两者难以实现大规模制备,而模板法需要特定的亚纳米结构作为载体方可实现,因此其成本较高,难以大规模实现。如何研发全新的合成工艺,打破合成过程中对模板的依赖,从而使单原子材料的宏量、低成本制备成为可能是科学家追求的目标。
图3 传统的单原子合成方法 (引自Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 60-95;Chem. Mater. 2017, 10, 29;Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 60-103.)
针对此类问题,氦舶科技采取全新的合成工艺,通过对反应条件的控制,打破了合成过程中对模板的依赖,弱化了载体的作用,从而使单原子材料的宏量、低成本制备成为可能,并丰富了载体的选择范围,使应用环境得以扩展。公司已掌握该项技术的核心知识产权,并率先实现了单原子材料的量产。公司现可合成十余种常用的金属单原子材料。
氦舶科技作为全球单原子催化材料的领军者,凭借先进的研发技术与精湛的复合工艺,现已开发出Atom系列TVOC单原子催化剂。通过独有的制备工艺,将单原子金属材料负载于相应载体上,组成的催化材料可以在室温、无光照的条件下,高效降解甲醛等TVOC污染物。该产品已成为全球范围内单原子材料大规模工业应用的范例,产品性能远优于其他同类产品。
Atom系列TVOC单原子催化剂可以附着在多种不同的基底上,应用于家用空气污染物治理、工业净化新风系统等室内空气净化场景。与光触媒、生物酶、铂钛类等竞争产品相比,Atom系列TVOC单原子催化剂的最大优点为:
1.无需光照和加热条件即可有效作用,有效作用时间为传统产品的数十倍之多,去除甲苯等TVOC效率高于竞争产品50%以上。
2.可快速高效去除包括苯、二甲苯、乙酸乙酯等在内的其他催化吸附材料无法有效去除的复杂污染物,应用场景广阔。
应用实例A:
北京某大型母婴中心,面积200平米。装修后第三方处理团队使用Atom系列氦舶甲醛/TVOC降解喷雾进行装修后TVOC降解处理,可降低产品使用量50%,24小时后检测结果如下所示:
应用实例B:
在60m3测试舱用某大型电子工业客户废液做VOC污染源,氦舶活性炭(1.5kg)加载至某家用空气净化器的滤网,38min内,VOC浓度从0.634mg/m3降到0 mg/m3,且长效测试污染无反弹、无衰减,有效作用时间为同类产品数十倍以上。(电流:0.654A,电压V:220.4V,功率:84.12W,前温湿度:30.7/79.4,后温湿度:30.5/79.9)
具体如下图所示:
关于氦舶科技
氦舶科技作为全球高性能贵金属材料领域的革新者,专注于原子及纳米级别的贵金属材料研发,研发团队成员主要来自清华大学及各产业领域资深专家,产品聚焦于单原子催化材料、高性能导电银浆(胶)及其他高性能电子化学品,在显示/柔性触控、芯片制造、新能源、TVOC降解催化等领域拥有广泛的产业应用。公司先后获得多轮产业资本风险投资,目前已成为国内新材料领域技术实力最为雄厚,发展最为迅速的黑科技企业之一。
相关合作或咨询,可联系氦舶科技胡先生:13927714771(同微信)
2018-10-10
不错2018-10-11
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