近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所院士李燦團(tuán)隊(duì)與研究員黃家輝團(tuán)隊(duì)合作，采用自主發(fā)展的等離激元輔助光沉積策略（J. Am. Chem. Soc.，2017），在Au-TiO2界面處選擇性沉積惰性的鉛氧化物，從而封堵高活性的Au-TiO2界面位點(diǎn)，將反應(yīng)活性中心從非選擇性的界面區(qū)域轉(zhuǎn)移到高CO選擇性氧化的金屬表面區(qū)域，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的CO-PROX催化反應(yīng)性能。
金納米催化劑具有優(yōu)異的低溫CO氧化活性和較弱的H2活化能力，因而在CO-PROX反應(yīng)中備受關(guān)注。但是，在過量H2及高溫條件下，難以避免CO和H2的競(jìng)爭(zhēng)氧化，如何在拓寬反應(yīng)溫度窗口的同時(shí)，提高CO2選擇性是金催化CO-PROX反應(yīng)的挑戰(zhàn)之一。
催化劑的結(jié)構(gòu)特征和催化性能
針對(duì)該問題，合作團(tuán)隊(duì)采用了“以堵導(dǎo)疏”的策略，利用Au納米粒子的等離激元效應(yīng)，選擇性光沉積惰性鉛氧化物，修飾Au/TiO2催化劑的界面。經(jīng)過界面修飾以后，in-situ CO-DRIFTS顯示Au-TiO2界面氧的活性明顯降低，極大地抑制了H2的解離活化（H2-D2交換反應(yīng)）及氧化反應(yīng)的活性。在160oC、3vol% CO、3% O2、22vol% CO2、40% H2、N2平衡的苛刻條件下，界面修飾的Au/TiO2催化劑顯示出較高CO轉(zhuǎn)化率和催化劑穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的CO-PROX反應(yīng)催化性能。本工作為探究高性能選擇性氧化催化劑提供了新思路，并對(duì)負(fù)載型催化劑不同活性位點(diǎn)差異和調(diào)控提供了新的認(rèn)識(shí)。
該研究工作由我所503組與DNL0809歷時(shí)三年多時(shí)間通力合作完成，將光催化領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)及催化劑制備方法成功應(yīng)用于熱催化研究中，有效促進(jìn)了不同研究領(lǐng)域之間的交叉融合。
相關(guān)工作于近日以題為“Blocking the Non-selective Sites through Surface Plasmon-induced Deposition of Metal Oxide on Au/TiO2 for CO-PROX Reaction”發(fā)表在Chem Catalysis上，并獲得國(guó)家發(fā)明專利（專利號(hào)：CN 110961103 B）。該工作的共同第一作者博士研究生洪峰和助理研究員王升揚(yáng)。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院A類先導(dǎo)專項(xiàng)“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”等項(xiàng)目的支持。
