10月26日,，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰課題組,、華盛頓州立大學(xué)Yong Wang課題組,、加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校Bruce C. Gates課題組和亞利桑那州立大學(xué)劉景月課題組合作,，在《自然》雜志發(fā)表了題為“Functional CeOx nanoglues for robust atomically dispersed catalysts”的文章。該工作報(bào)道了一種“納米島”限域的原子級分散催化劑，突破了傳統(tǒng)催化劑活性和穩(wěn)定性的矛盾,。在該研究中,，合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心的李旭特任副研究員是第一作者。在多相催化中,，原子級分散的金屬催化劑因具有獨(dú)特的幾何和電子特性,、最高的原子利用效率和均勻的活性位點(diǎn)，而備受關(guān)注,。然而,，高度分散的金屬原子或因高表面能而移動(dòng)團(tuán)聚，穩(wěn)定性差,；或因與載體作用過強(qiáng)而固定不動(dòng),，導(dǎo)致活性位點(diǎn)鈍化,。因此,，如何獲取“動(dòng)而不聚”的金屬活性位點(diǎn)，從而打破催化劑活性和穩(wěn)定性的對立矛盾,，一直是催化領(lǐng)域懸而未解的難題之一,。鑒于此，研究人員設(shè)計(jì)出一種“納米島”型催化劑,，即活性金屬原子被隔離在“島”上,，可在各自的“島”內(nèi)移動(dòng)但跨“島”遷移受阻，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)原子的動(dòng)態(tài)限域穩(wěn)定,。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),，首先需要選取恰當(dāng)?shù)牟牧戏謩e用作“納米島”和載體。金屬原子與“納米島”的作用力需遠(yuǎn)強(qiáng)于它與載體的作用力,，否則易離開各自的“納米島”,。因此，研究人員在設(shè)計(jì)的模型催化劑中選取和金屬作用強(qiáng)的氧化物作為“島”（例如氧化鈰）,，作用弱的氧化物作為支撐“島”的載體（例如氧化硅）,。其次，為了高效地分隔金屬原子,，“島”需要有足夠高的密度和足夠小的尺寸,。傳統(tǒng)的制備方法（例如固液混合浸漬法等）容易造成“島”的尺寸過大且不均勻。研究人員開發(fā)出一種溶液相靜電吸附的合成方法（圖1）,，首先將高密度的鈰原子附著在氧化硅表面,，隨后使其自下而上受控團(tuán)聚為僅2納米的孤立“島”（圖2）。圖1. 氧化鈰“納米島”穩(wěn)定鉑原子催化劑的合成過程示意圖,。
圖2. 負(fù)載在氧化硅上的氧化鈰“納米島”的結(jié)構(gòu)表征,。隨后的難點(diǎn)在于將金屬原子準(zhǔn)確地放置在“納米島”上。為此，研究人員再次借助液相靜電吸附法,，并巧妙的利用零電點(diǎn)原理,，使氧化鈰島和氧化硅載體表面分別帶上相反電荷。由于異性電荷相互吸引的作用,，負(fù)電性的鉑前驅(qū)體只會被選擇性地吸附在帶正電的氧化鈰“納米島”上,，而不會在帶負(fù)電的氧化硅載體上，從而實(shí)現(xiàn)了鉑原子的擇位生長,。由于小尺寸“納米島”的吸附面積有限,，通過控制鉑前驅(qū)體濃度，就可以實(shí)現(xiàn)平均每個(gè)“島”上不超過一個(gè)鉑原子的目標(biāo)（圖3）,。
圖3. 負(fù)載鉑原子的“納米島”催化劑的結(jié)構(gòu)表征,。穩(wěn)定性研究表明，氧化鈰“納米島”上的鉑原子可以抵抗高達(dá)600攝氏度的空氣煅燒,。特別地,，鉑原子在高溫下的氫氣氛圍中只會限定在“島”內(nèi)移動(dòng)，不會跨“島”團(tuán)聚,，實(shí)現(xiàn)了活性位點(diǎn)的“動(dòng)而不聚”,。經(jīng)此活化后的催化劑，在催化一氧化碳氧化反應(yīng)的速率提升兩個(gè)數(shù)量級并兼具高穩(wěn)定性（圖4）,。
圖4. 負(fù)載鉑原子的“納米島”催化劑的催化性能測試,。這一工作為突破催化劑活性和穩(wěn)定性的矛盾提供了新的解決思路。未來,，通過選擇特定材料的載體,、“納米島”和活性金屬原子，有望將該“納米島”類型催化劑應(yīng)用于不同的催化反應(yīng),。該項(xiàng)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目,、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
JW-BK200C比表面及孔徑測試儀配置1torr/0.1torr高精度小量程傳感器,，及10-8Pa渦輪分子泵,，適合分子篩、催化劑,、活性炭等多微孔樣品的超微孔分析,。
精微高博（JWGB）成立于2004年，推出中國第一臺靜態(tài)容量法氮吸附儀JW-RB,被譽(yù)為“中國氮吸附儀的開拓者”,。19年來已發(fā)展為集研發(fā),、制造、銷售,、服務(wù)于一體的國家級高新技術(shù)企業(yè),，專業(yè)從事于靜態(tài)比表面積及孔徑分析儀,、動(dòng)態(tài)比表面積測定儀、蒸汽吸附儀,、競爭吸附儀,、化學(xué)吸附儀、微反應(yīng)裝置,、真密度儀等材料表征設(shè)備的研究,。是中國材料表征儀器的領(lǐng)先制造商，產(chǎn)品銷售全球十幾個(gè)國家和地區(qū),，致力于向全球客戶提供高質(zhì)量,、高易用性、高性價(jià)比的產(chǎn)品和服務(wù)解決方案,。
手機(jī)版
關(guān)于我們
加入收藏
白金會員
已認(rèn)證
上一篇