如何选择优秀的催化剂？考虑下润湿性吧

催化和润湿，是材料表面会发生的两个关键的物理现象。麻省理工学院（MIT）和其它机构的研究人员发现，曾经被认为是不相关的这两个过程，其实是紧密相连的。该发现可以帮助科学家更容易地找到新的优秀催化剂。

Credit: Xiao Renshaw Wang

“真正令人兴奋的是，我们已经能够把表面水和氧化物的原子级的相互作用与润湿的宏观测量相联系，表面的疏水性或亲水性会直接与催化特性相关，”Yang Shao-Horn说，她是这篇发表于《Journal of Physical Chemistry C》的论文的通讯作者。该论文研究的重点是一类称为钙钛矿的氧化物，这些氧化物可用于气体探测、水净化、电池以及燃料电池等。

确定一个表面的润湿性“很轻松”，该文的另一位通讯作者Kripa Varanasi说。如今，通过测定材料表面的润湿性就可以预测这个材料是否适合作为催化剂。如果研究材料润湿性和催化性这两个领域的研究人员能共同完成一项研究，就能更进一步了解材料本身的性质，Varanasi说，他研究的重点是润湿性，而Shao-Horn是催化反应的专家。

“这主要是一个实验技术”，使得新的认知成为可能，Kelsey Stoerzinger解释道，她是该论文的第一作者。大多数的试验需要用到的仪器要求真空环境，而该团队所用的仪器可以在室温以及潮湿的空气中对反应进行研究，并且允许有不同程度的水蒸汽存在。实验所用的系统，称之为环境压力X射线光电子能谱（ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy）。

水分子解离形成羟基（*OH）并结合到材料的表面，这些活性化合物进而增加了表面的湿润性，同时抑制其催化化学反应的能力。因此，该研究小组发现，如果需要高的催化活性，其中的一个关键要求是，材料表面是疏水性的，或者说是不润湿的。

“理想情况下，这种认知有助于我们设计新的催化剂，”Stoerzinger说。如果一个给定的材料“对水有较低的亲和力，那么它就有可能具有较高的催化活性”。

Shao-Horn指出，这一结论尚属首次发现，而且“这些趋势能否扩展到更广泛类别的材料和羟基亲和力的范围还需要进一步研究。”该小组已经开始进一步探索这些领域。

1. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.5b06621

2. http://phys.org/news/2015-07-good-catalysts.html