近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所穆斯堡爾譜研究組研究員王軍虎團(tuán)隊(duì)與廣東工業(yè)大學(xué)教授敖志敏團(tuán)隊(duì)、中科院金屬所研究員張炳森團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)三聚氰胺或尿素對(duì)催化劑進(jìn)行修飾和氧化氣氛焙燒，構(gòu)筑了新型金屬-載體強(qiáng)相互作用（SMSI），提出了提高鉑族金屬催化劑穩(wěn)定性的新策略。
SMSI在多相催化領(lǐng)域是一個(gè)非常重要的概念，它能顯著調(diào)節(jié)催化劑的性能。然而由它產(chǎn)生的包裹層會(huì)掩蓋催化活性位點(diǎn)，因此在一定程度上也會(huì)抑制催化活性。SMSI的包裹狀態(tài)通常是可逆的，例如還原氣氛焙燒產(chǎn)生的經(jīng)典SMSI，在高溫氧化反應(yīng)中，會(huì)導(dǎo)致包裹層消退，失去對(duì)金屬催化劑性能的調(diào)變作用。因此，發(fā)展新策略、彌補(bǔ)SMSI的不足尤為重要。
長(zhǎng)期以來(lái)過(guò)渡金屬氧化物負(fù)載的鉑族金屬展現(xiàn)出的經(jīng)典SMSI效應(yīng)已經(jīng)被廣泛的研究，但在氧化氣氛下，相同催化劑上是否也能產(chǎn)生包裹現(xiàn)象尚未明確。2019年王軍虎團(tuán)隊(duì)報(bào)道了金納米顆粒可在氧化氣氛下被一層可滲透的TiOx薄層包裹（Nat. Commun.，2019），然而考慮到金與鉑族金屬之間較大的電子性質(zhì)差異，鉑族金屬是否能發(fā)生相似的現(xiàn)象并不確定。
經(jīng)典和三聚氰胺修飾誘生的金屬-載體強(qiáng)相互作用的差異
本工作中，合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在氧化氣氛下經(jīng)三聚氰胺修飾后的鉑顆粒可以被一層無(wú)定形且可滲透的薄層包裹，這與鉑和二氧化鈦間的經(jīng)典SMSI的產(chǎn)生條件相反。該包裹層在進(jìn)一步400-600 C空氣下焙燒后仍然穩(wěn)定存在，與經(jīng)典SMSI的包裹層在再次氧化氣氛下焙燒發(fā)生消退的現(xiàn)象形成鮮明的對(duì)比。理論計(jì)算等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，此包裹層產(chǎn)生機(jī)理不同于經(jīng)典SMSI，且這種策略可進(jìn)一步擴(kuò)展到其它鉑族金屬，例如鈀和銠。該工作為設(shè)計(jì)兼具高活性和穩(wěn)定性的負(fù)載型鉑族金屬催化劑提供了新方法。
在前期的研究中，王軍虎團(tuán)隊(duì)與大連化物所研究員喬波濤和院士張濤團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)了金及鉑族金屬與羥基磷灰石（HAP）之間氧誘導(dǎo)的SMSI（J. Am. Chem. Soc.，2016；Chem. Sci.，2018）；進(jìn)一步通過(guò)對(duì)氧誘導(dǎo)SMSI包裹度的調(diào)變，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了具有獨(dú)特半包裹結(jié)構(gòu)的高溫抗燒結(jié)Au/HAP-TiO2催化劑（Angew. Chem. Int. Ed.，2016）。此外，兩團(tuán)隊(duì)合作還發(fā)現(xiàn)了金與二氧化鈦之間的經(jīng)典SMSI（Sci. Adv.，2017）。
相關(guān)結(jié)果以題為“Encapsulation of Platinum by Titania under an Oxidative Atmosphere: Contrary to Classical Strong Metal–Support Interactions”發(fā)表在ACS Catalysis上。該工作的第一作者是大連化物所2015級(jí)博士研究生劉少峰、齊海峰，以及廣東工業(yè)大學(xué)2017級(jí)博士研究生周君慧。相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院對(duì)外合作重點(diǎn)和儀器功能開(kāi)發(fā)基金等項(xiàng)目的資助。
