解密“催化黑匣子”

陈思

神通广大的催化作用

人类的生产、生活都离不开化学，它關乎健康、环境、能源等各个领域。我们现在穿的衣服、吃的食物、各种生活用品，很多都是由化学工业提供的。实现对化学反应的控制，是化学科学研究的关键。要让化学反应更精准、更可控，就需要催化技术来助阵了。

催化作用，是由于催化剂的介入而加速或减缓化学反应速率的现象，是自然界中普遍存在的现象。催化作用神通广大，几乎遍及化学反应的整个领域。要想真正理解它，我们要先了解化学反应的一个名词——能垒。

能垒的存在是非常必要的，我们可以试想，如果没有能垒的存在，任何两个物质相遇，都能发生化学反应，那么我们的生活就真的“大爆炸”了！

但是能垒太高会导致化学反应无法进行，或者反应速度极慢。真的遇到能垒过高的情况怎么办呢？这就是催化剂“大展拳脚”的时候了。

催化剂也会遇困境

催化作用是通过催化剂来实现的。催化剂表面积越大，表面上活化中心点越多，催化剂的催化活性就越高。就和我们在炖肉的时候，要把肉切成小块，而不是整块放到锅里是同样的道理。其实就是为了增加肉和酱汁的接触面积，让酱汁的味道能够从更多地接触面浸入肉的组织中，让肉的味道更香。

但是催化剂在使用过程中，往往会有所损耗，甚至聚集结块，导致表面积严重缩小。这个难题，因“纳米限域催化”的出现被成功解决。

用科学手段“约束”催化剂

怎样理解“限域”呢？简单来讲，限域是给催化反应提供一个有约束的环境。科学家们在碳纳米管中发现了狭义限域催化的现象。碳纳米管空腔极为狭小，大概只有我们头发直径的六万分之一。将催化剂限制在碳纳米管内，可以使催化剂无法聚集结块，保证催化剂的活性。而且，在这极其狭小的空间内，催化剂也能显示出独特的催化特性。

通过“纳米限域催化”，科学家可以控制反应界面、气氛和环境等，约束并稳定催化的活性状态。

如今，“纳米限域催化”这种新的概念，已经在国际学术界得到了普遍验证，相信在未来，它将推动催化学科的发展，在更多领域发光发热。

（责任编辑/高琳 美术编辑/韦英章）

催化剂参与化学反应示意图

催化剂参与化学反应示意图