發現單原子催化劑中經典金屬—載體強相互作用—新聞—科學網

2020-12-14 科學網
中科院大連化物所
發現單原子催化劑中經典金屬—載體強相互作用

 

 

近日，中科院大連化物所喬波濤研究員和張濤院士團隊，在單原子金屬—載體強相互作用研究方面取得新進展，首次發現Pt單原子能夠與TiO2載體間發生經典金屬—載體強相互作用，但其所需發生溫度較Pt NPs更高，且Pt單原子失去CO吸附能力的原因與Pt NPs不同，不是載體的物理覆蓋，而是配位飽和。研究成果發表於《德國應用化學》上。

研究人員通過改良的光化學方法製備了Pt/TiO2催化劑（其中Pt單原子和NPs共存），在相同還原條件下，NPs在250 ℃時即失去CO吸附能力，而單原子鉑物種直到還原溫度為600 ℃時才失去CO吸附能力，經氧化處理後，CO吸附能力可以恢復。LEIS檢測發生SMSI前後表面Pt原子，結果表明，高溫還原後，表面Pt單原子既沒有嵌入載體中，也沒有被包裹。理論計算表明，Pt單原子失去CO吸附能力的原因是配位飽和（18電子規則），而非物理覆蓋。基於這一新發現，以3-硝基苯乙烯加氫為探針反應，通過還原處理選擇性包裹Pt NPs，結果證明該反應中單原子為主要活性中心，納米粒子的貢獻很少。

本研究首次發現單原子催化劑體系可以發生經典SMSI效應，並揭示其與納米粒子SMSI的不同，不僅有助於加深對SMSI效應的了解和認識，而且為研究催化活性中心和調控催化性能提供了新方法。

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202003208

 

版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。

相關焦點

  • 研究發現單原子催化劑中經典金屬-載體強相互作用
    近日，中國科學院大連化學物理研究所催化與新材料研究室研究員喬波濤和中科院院士張濤團隊在單原子金屬-載體強相互作用研究方面取得新進展，首次發現Pt單原子能夠與TiO2載體間發生經典金屬-載體強相互作用（Strong Metal-Support Interaction, SMSI），但其所需發生溫度較Pt NPs更高，且Pt單原子失去
  • 中國科大取得基於單原子催化劑研究金屬-載體相互作用新進展
    近日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室和化學與材料科學學院曾傑教授課題組、南開大學胡振芃教授和中科院上海應用物理研究所司銳教授合作，基於單原子催化劑，從電子最高佔據態角度定量研究了金屬-載體相互作用。
  • 中國科大在催化劑金屬-載體強相互作用研究中取得進展
    負載型金屬催化劑對於現代工業至關重要。大量的實驗和理論研究表明，負載型金屬催化劑中的載體不僅扮演著分散和穩定金屬納米顆粒的作用，還會與金屬顆粒產生強相互作用，進而影響催化劑的活性、選擇性及穩定性。
  • 科學家發現金屬-載體強相互作用的粒徑效應
    ，在Au/TiO2體系中發現了金屬—載體強相互作用的粒徑效應，並通過建立熱力學平衡模型，闡釋了這一效應產生的原因。 金屬—載體強相互作用（SMSI）是多相催化中的一個重要概念，對負載金屬催化劑的穩定性和活性均有重要影響。過去幾十年間，鉑族金屬與可還原性載體之間的SMSI被廣泛研究，而Au因其本身較低的功函數和表面能，被認為不能與載體形成強相互作用。
  • 科學家發現金屬與惰性非氧化物載體之間的強相互作用
    近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室研究員傅強與中科院院士包信和團隊，在金屬與載體界面催化研究方面取得新進展。研究發現過渡金屬催化劑與惰性的六方氮化硼（h-BN）載體之間存在經典的金屬-載體強相互作用（Strong Metal-Support Interaction, SMSI）。
  • 中科院大連化物所金屬載體強相互作用研究取得新進展—新聞—科學網
    ：首次發現鉑族金屬（Pt、Pd）與羥基磷灰石之間的金屬載體強相互作用。   1978年Tauster等發現二氧化鈦等可還原性載體負載的鉑族金屬在高溫還原後會失去對小分子（CO，H2）的吸附性能，並將該現象命名為金屬載體強相互作用（Strong Metal-Support Interaction, SMSI）。SMSI能夠改變金屬納米粒子的形貌和電子性質，因此可以改變反應活性與選擇性，對催化劑的催化性能具有重要影響。
  • 金屬-載體強相互作用研究取得新進展
    近日，中科院大連化物所傅強研究員和包信和院士研究團隊成功地將金屬-載體強相互作用（SMSI
  • 大化所傅強JACS:金屬與惰性氮化硼載體之間的金屬-載體強相互作用
    -載體強相互作用（Strong Metal-Support Interaction, SMSI）是多相催化研究中的一個經典概念，這一現象首次在惰性六方氮化硼（h-BN）負載的金屬催化劑中被發現。 研究出發點 一直以來，傅強研究員課題組的研究工作之一就是聚焦於金屬催化劑中的界面效應，尤其是原位反應條件下金屬/載體界面的動態變化及其對催化反應的影響。
  • 中科院大連化物所金屬載體強相互作用研究獲進展
    ：首次發現金納米顆粒與二氧化鈦之間的金屬載體強相互作用並闡釋了其形成原因。   早在七十年代末研究人員發現二氧化鈦等可還原性載體負載的Pt族金屬在高溫還原後會失去對小分子（CO，H2）的吸附性能，並將該現象命名為金屬載體強相互作用（Strong Metal-Support Interaction, SMSI）。
  • 大化所丁雲傑課題組:構建優於均相催化的多相Rh單原子催化劑!
    在這一思路的引導之下，查閱文獻發現，Minkee Choi曾報導利用均相多相化，將單原子Pt錨定在含S摻雜的多孔碳載體上，提高了催化劑的催化活性，並改變了Pt的ORR反應機理，反應生成H2O而不是遵循傳統均相催化生成H2O2 (Nat Commun 7, 10922 (2016)).
  • 廣東工業大學敖志敏課題組單原子催化劑催化氧化甲醛的密度泛函理論研究
    與此同時，負載型單原子催化劑在近幾年的研究呈現井噴式的發展，因為單原子催化劑不僅最大限度地提高了金屬原子的使用效率，而且提供了一種調整催化反應活性和選擇性的策略。大量的研究工作表明，MXene載體催化劑能夠穩定分散金屬而不會產生團簇現象，通過金屬修飾，改變了MXene表面的電荷分布，從而增強金屬於載體之間的相互作用，從而表現出較為優異的催化活性。
  • 負載Pd原子的碳摻雜氮化硼納米管單原子催化劑對Heck反應的計算研究
    與金屬團簇催化劑相比，較低配位數、量子尺寸效應明顯、金屬−載體相互作用使得SACS具有更高的活性和選擇性。當金屬團簇數目減少時，金屬原子的表面能顯著增加，導致在SACS的製備和反應過程中難以保持其穩定性。解決這一問題的一個有效方法是在載體上設計基團和配位中心來錨定金屬原子，利用金屬原子與配位中心之間的強相互作用來防止這種金屬原子的遷移和聚集。
  • 如何定義單原子催化劑?
    100%的負載型金屬催化劑。根據劉景月綜述和部分科學家認為，這種情況下，金屬原子可以是單原子、離子、配合物，也可以是二維的竹排結構，或者很小的團簇，三聚體、二聚體、單體的形式。 除此之外，還有一種主流觀點認為Atomically dispersed supported metal catalyst中，Atomically dispersed 僅指單個原子。
  • 耶魯大學Jae-Hong Kim團隊ES&TE:單原子催化劑的環境應用與展望
    除了原子利用效率的最大化之外，顯著降低的成本，以及高活性、高選擇性的催化潛力對於推動單原子催化劑的環境應用具有重要意義，有望突破該領域無法用納米技術解決的局限性。這項至關重要的綜述建立在對單原子催化劑基本性質，合成方法和應用實例全面討論的基礎上，深入評估了單原子催化劑作為環境修復領域的新型前沿材料（納米材料以外）所面臨的機遇和挑戰。
  • 單原子催化劑、雙原子鐵催化劑、FeN4位點、中空層狀雙氫氧化物...
    單原子催化劑（SACs）集成了均相和非均相催化劑的優點，並在近些年獲得了廣泛的關注。可通過各種不飽和化學位點或空間限制作用，將SACs上單獨的金屬原子穩定在載體上，從而實現最大的原子利用效率。除了開發製備高載量和高純度SACs的策略外，該領域的另一個關鍵挑戰在於精確調控催化活性單金屬位點的幾何和電子結構，從而使該催化劑具有更好的反應活性、選擇性和穩定性。
  • 科學家聯手開發出負載型雙金屬納米催化劑—新聞—科學網
    近日，中科院大連化學物理研究所研究員劉健團隊與中科院青島生物能源與過程研究所研究員王光輝、江河清團隊合作，開發了一種通用型的納米反應器新技術合成Pd基雙金屬催化劑該技術將液相中的種晶生長法成功運用到固相中——通過化學配位作用將Pd納米簇種晶和第二元金屬前驅體均勻地引入到固相載體中，在還原過程中實現雙金屬的固相種晶生長，最終獲得雙金屬納米粒子尺寸及組成可控、負載均勻的雙金屬催化劑。研究成果發表於《今日材料》。
  • 一種「異常穩定」的單原子催化劑
    東京工業大學（Tokyo Tech）的科學家研究發現，困在C12A7晶體中的單個鉑原子可作為穩定和有效的催化劑催化硝基芳烴的氫化，而硝基芳烴是生產多種精細化學品的重要過程。他們的方法可能成為開發適用於廣泛工業應用的其他單原子催化劑的通用方法。
  • 調控費託合成中CO解離作用機制獲進展—新聞—科學網
    在費託合成反應中，CO解離並進一步加氫形成CHx中間物種的步驟至關重要，通常發生在Fe、Co、Ru金屬表面，其中金屬Ru表現出最優的反應性能。但Ru基催化劑存在明顯的粒徑效應，8納米左右的Ru NPs才具有較高的費託反應活性，這嚴重降低了貴金屬Ru的利用效率。開發高分散、高活性的Ru基費託合成催化劑具有重要的意義。
  • 科學家發明新一代電解水制氫催化劑
    然而，在酸性氧析出運行環境中，不僅需要高過電位而且催化劑的穩定性很差，這就導致氧析出的動力學極其緩慢。 下圖：吳宇恩教授課題組製備了一種單原子釕催化劑，可使酸性氧析出僅需要較低過電位，極大地加快了氧析出過程。/美術設計：崔劼   當電流通過水時，會產生氫氣和氧氣，氫氣在氧氣中燃燒，得到的產物是水。
  • 【非貴金屬】化學研究所胡勁松、江文杰ACS Catal.: 分子工程設計的強金屬氧化物-載體相互作用可實現高效穩定的CO2還原
    近日，化學研究所胡勁松、江文杰在國際知名學術期刊ACS Catalysis ( IF 12.350 )發表了關於使用分子工程設計的強金屬氧化物-支持相互作用以實現高效、穩定的CO2電還原的新進展，題為「分子工程設計的強金屬氧化物-支持相互作用可實現高效，穩定的CO2電解還原」。