負(fù)載型雙金屬納米催化劑是多相催化領(lǐng)域中一類(lèi)重要的催化劑，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、精細(xì)化工等各種催化過(guò)程。浸漬法是制備負(fù)載型金屬催化劑最常用的方法，該方法操作簡(jiǎn)單，但可控性差，得到的雙金屬納米粒子尺寸較大、粒徑分布廣、合金程度低，從而導(dǎo)致催化性能差，金屬利用率低。液相中的種晶生長(zhǎng)法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙金屬納米粒子尺寸、形貌和組成的精確調(diào)控；但是，通過(guò)膠體沉積的方法將其負(fù)載到載體上時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)金屬納米顆粒分布不均勻，部分區(qū)域團(tuán)聚的現(xiàn)象，并且金屬納米粒子與載體間的相互作用較弱，也導(dǎo)致催化劑的穩(wěn)定性差。因此，開(kāi)發(fā)新的合成策略實(shí)現(xiàn)負(fù)載型雙金屬催化劑的高效、可控制備是非常必要的。
近日，青島能源所王光輝研究員、江河清研究員聯(lián)合中科院大連化物所劉健研究員開(kāi)發(fā)了一種通用型的納米反應(yīng)器策略合成Pd基雙金屬催化劑。此策略將液相中的種晶生長(zhǎng)法成功運(yùn)用到固相中——通過(guò)化學(xué)配位作用將Pd納米簇種晶和第二元金屬前驅(qū)體均勻地引入到固相載體中，在還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)雙金屬的固相種晶生長(zhǎng)，最終獲得雙金屬納米粒子尺寸、組成可控同時(shí)負(fù)載均勻的雙金屬催化劑。此策略操作簡(jiǎn)易過(guò)程簡(jiǎn)單，易于放大，可以合成多種Pd基雙金屬納米催化劑（尺寸范圍2~3 nm），包括PdAu、PdRu、PdCo、PdNi、PdZn、PdAg、PdCu等雙金屬納米催化劑。進(jìn)一步研究表明，與相應(yīng)的單金屬相比，Pd1Au1/4雙金屬催化劑在甲酸分解產(chǎn)氫中顯示出增強(qiáng)的催化性能，證明了Pd和Au之間的協(xié)同效應(yīng)。此外，該策略得到的催化劑載體具有珊瑚狀結(jié)構(gòu)，易于成型；成型后的催化劑對(duì)甲酸分解產(chǎn)氫仍具有良好的活性，TOF值可達(dá)3684 h-1，重復(fù)使用五次催化活性沒(méi)有明顯變化。該研究工作為負(fù)載型雙金屬催化劑的設(shè)計(jì)和制備提供了一種新的策略。
上述工作發(fā)表在《Materials Today》雜志上（DOI: 10.1016/j.mattod.2020.05.017），第一作者是青島能源所的田正斌博士，通訊作者是中科院大連化物所的劉健研究員和青島能源所的江河清研究員、王光輝研究員。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金，中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金，所內(nèi)合作基金等項(xiàng)目的資助。
相關(guān)論文和專(zhuān)利
1. Z. Tian, C. Dong, Q. Yu, R.-P. Ye, M. S. Duyar, J. Liu*, H. Jiang*, G.-H. Wang*. A Universal Nanoreactor Strategy for Scalable Supported Ultrafine Bimetallic Nanoparticles Synthesis. Materials Today, 2020 (DOI: 10.1016/j.mattod.2020.05.017).
2. 專(zhuān)利：一種制備負(fù)載有第一元金屬和第二元金屬的催化劑載體的方法。申請(qǐng)?zhí)枺?01910369858.8
3. Patent: Method for preparing catalyst support loaded with a first metal and a second metal. Application number：PCT/CN2020/087419
