近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所電鏡技術(shù)研究組副研究員劉岳峰等與上海交通大學(xué)劉晰特別研究員合作，在碳化物作為載體的鈷基費(fèi)托合成研究中取得新進(jìn)展，借助環(huán)境透射電子顯微鏡等原位表征技術(shù)，揭示了還原過(guò)程中碳化鈦表面的鈦氧物種到金屬鈷表面的原位遷移現(xiàn)象，這種增強(qiáng)的金屬-載體的相互作用促進(jìn)了費(fèi)托合成反應(yīng)活性。
碳化鈦表面的鈦氧物種與鈷的相互作用可以促進(jìn)費(fèi)托合成反應(yīng)活性
過(guò)渡金屬碳化物因其獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的催化性能成為新型催化材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，然而過(guò)渡金屬碳化物表面氧物種的影響和作用往往被忽略。研究團(tuán)隊(duì)在前期工作（ACS Catal，2013；Nature Communications，2016；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；ACS Catal.,2020）的基礎(chǔ)上，以高機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性能良好的多孔碳化硅（ -SiC）為基礎(chǔ)載體，并在 -SiC的高溫碳化過(guò)程中引入Ti物種，得到TiC-SiC載體。引入的TiC增強(qiáng)了活性金屬鈷與載體的相互作用，促進(jìn)了鈷納米粒子的有效分散。借助于原位電鏡技術(shù)，并結(jié)合原子尺度分析能力的電子能量損失譜學(xué)（EELS）分析，該工作發(fā)現(xiàn)了在還原過(guò)程中碳化鈦表面的鈦氧物種遷移到了金屬鈷的表面，因此TiC表面的鈦氧物種與鈷納米粒子之間的相互作用提高了反應(yīng)的本征活性。此外，該工作還首次闡明了鈷納米粒子在惰性載體上還原過(guò)程的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化。
相關(guān)工作以“Surface Oxygenate Species on TiC Reinforce Cobalt Catalyzed Fischer-Tropsch Synthesis” 為題，于近日發(fā)表在ACS Catalysis上。該工作的第一作者是大連化物所博士后蔣倩。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、博士后面上基金等項(xiàng)目的資助。
