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大連化物所金屬載體強相互作用研究取得新進展

2018-09-05 11:56:04 作者：本網整理來源：大連化學物理研究所分享至：

近日，中國科學院大連化學物理研究所航天催化與新材料實驗室研究員喬波濤和中科院院士張濤團隊與穆斯堡爾譜技術研究組研究員王軍虎團隊合作，在金屬載體強相互作用研究方面取得新進展：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。研究成果在Chemical Science上發表。

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后會失去對小分子（CO，H2）的吸附性能，并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。同時，SMSI通常伴隨著載體對金屬顆粒的包埋，因而能夠有效穩定金屬粒子，有助于制備穩定型金屬催化劑。

SMSI自發現以來其體系不斷擴展，但大多集中在可還原性金屬氧化物負載的鉑族金屬催化劑體系，且其發生條件也一直限制在高溫還原或超高真空等足以引發載體還原的環境條件。在前期的研究中，喬波濤和張濤團隊與王軍虎團隊在多年羥基磷灰石（HAP）負載金屬催化劑的研究基礎上，首次發現金（Au）與HAP之間氧誘導的SMSI（鑒于其形成環境將其標記為OMSI），該發現不僅成功將SMSI載體體系首次擴展到金屬氧化物之外，并且為穩定型金催化劑的制備提供了一種全新的思路（J. Am. Chem. Soc.）。在該工作基礎上，兩團隊通過對SMSI的調變，設計開發了兼具高活性和穩定性且具有實際應用前景的具有獨特半包裹結構的Au/HAP-TiO2催化劑（Angew. Chem. Int. Ed., Chin. J. Catal.）。此外，兩個團隊在金催化劑體系經典SMSI效應的開發方面也取得了突破性進展，首次發現并驗證了金納米粒子與二氧化鈦之間的經典SMSI（Sci. Adv.），打破了第一副族金屬不能與載體形成經典SMSI的這一傳統認知，填補了經典SMSI效應的空白。

此次，兩個研究團隊再次合作，在上述系列研究工作的啟發下，首次發現鉑族金屬與HAP之間的OMSI效應。在OMSI效應作用下，鉑族金屬納米粒子被HAP載體包裹，在反應過程中的聚集長大和流失被有效抑制，因此催化劑的重復使用性能和反應穩定性能得到了明顯的改善和提升。這是首次發現鉑族金屬催化劑體系可以發生OMSI效應，這一研究發現不僅有助于加深對SMSI效應的了解和認識，并且為氧化環境下穩定型鉑族金屬催化劑的設計和開發提供了新的途徑。

上述研究工作得到國家自然科學基金委、科技部、中科院戰略性先導科技專項資助。