近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所航天催化與新材料研究中心喬波濤研究員和張濤院士團(tuán)隊(duì)與穆斯堡爾譜技術(shù)研究組（DNL2005）王軍虎研究員團(tuán)隊(duì)合作，在金屬載體強(qiáng)相互作用研究方面取得新進(jìn)展：首次發(fā)現(xiàn)金納米顆粒與二氧化鈦之間的金屬載體強(qiáng)相互作用并闡釋了其形成原因。研究成果在Science Advances（Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.1700231）上發(fā)表。
大連化物所金屬載體強(qiáng)相互作用研究取得新進(jìn)展
1978年Tauster等發(fā)現(xiàn)二氧化鈦等可還原性載體負(fù)載的Pt族金屬在高溫還原后會(huì)失去對(duì)小分子（CO，H2）的吸附性能，并將該現(xiàn)象命名為金屬載體強(qiáng)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(zhì)，因此可以改變反應(yīng)活性與選擇性，對(duì)催化劑的催化性能具有重要影響。同時(shí)，SMSI通常伴隨著載體對(duì)金屬顆粒的包埋，因而能夠有效穩(wěn)定金屬粒子，有助于制備穩(wěn)定型金屬催化劑。
SMSI自發(fā)現(xiàn)以來(lái)其體系不斷擴(kuò)展，但大都集中在還原性金屬氧化物負(fù)載的Pt族金屬體系，長(zhǎng)期以來(lái)研究人員一直認(rèn)為IB金屬不能與載體形成SMSI。直到近期臺(tái)灣大學(xué)牟中原教授團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)氧化鋅納米棒負(fù)載Au納米粒子可以在氧化條件下形成SMSI（簡(jiǎn)稱為O-SMSI），這一認(rèn)知才被打破。隨后，喬波濤和張濤團(tuán)隊(duì)與王軍虎團(tuán)隊(duì)在多年羥基磷灰石（HAP）負(fù)載金屬催化劑的研究基礎(chǔ)上，首次發(fā)現(xiàn)Au與HAP之間的O-SMSI（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 56-59），并通過(guò)對(duì)此強(qiáng)相互作用的理性調(diào)變，開(kāi)發(fā)了兼具高活性和穩(wěn)定性且具有實(shí)際應(yīng)用前景和獨(dú)特納米結(jié)構(gòu)的Au/HAP-TiO2催化劑（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 10606-10611; Chin. J. Catal. 2016, 37, 1441-1442）。
此次兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)再次合作，首次發(fā)現(xiàn)金納米顆粒與二氧化鈦之間的經(jīng)典SMSI，與發(fā)生在鉑族金屬體系的經(jīng)典SMSI特征完全一致。研究發(fā)現(xiàn)該經(jīng)典SMSI效應(yīng)具有普適性，不僅可以擴(kuò)展到其它金屬氧化物（例如Fe3O4和CeO2）擔(dān)載的金催化劑體系，并且可以擴(kuò)展到TiO2擔(dān)載的其它IB族金屬（例如Cu和Ag）體系。深入研究揭示金屬促進(jìn)的TiO2的高溫還原對(duì)于經(jīng)典SMSI的形成至關(guān)重要。該研究改變了IB金屬不能形成經(jīng)典SMSI這一傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，填補(bǔ)了經(jīng)典SMSI的研究空白。此外，鑒于IB族金屬通常熱穩(wěn)定性較差，IB族金屬經(jīng)典SMSI的發(fā)現(xiàn)提供了一條通過(guò)利用/調(diào)變經(jīng)典SMSI獲得穩(wěn)定型負(fù)載IB族金屬催化劑的新方法，對(duì)于制備穩(wěn)定型IB族金屬催化劑具有十分重要的意義。
上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)資助。
