近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室催化反應(yīng)化學(xué)研究組研究員李勇和申文杰等與德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院教授汪躍民、上海應(yīng)用物理研究所研究員姜政、中國科技大學(xué)教授李微雪等合作，在單個(gè)金屬合金粒子催化加氫研究方面取得新進(jìn)展。
大連化物所實(shí)現(xiàn)在單個(gè)金屬粒子催化活性位的結(jié)構(gòu)調(diào)控
雙金屬合金催化劑具有可變的化學(xué)組成、可調(diào)的幾何結(jié)構(gòu)和迥異的電子分布特性，廣泛應(yīng)用于石油化工、精細(xì)化學(xué)品合成等領(lǐng)域。但是，在催化反應(yīng)條件下合金粒子之間的金屬原子遷移和擴(kuò)散導(dǎo)致催化劑納米粒子重構(gòu)，以及表面化學(xué)組成、粒子尺寸、形貌、晶相等發(fā)生變化。因此，定量描述金屬合金催化劑活性位原子結(jié)構(gòu)是多相催化領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)。
本工作中，研究團(tuán)隊(duì)首先利用多元醇液相還原技術(shù)制備了單分散的PdCu納米粒子（8nm），再利用反相微乳液法制備了SiO2包裹的PdCu@SiO2核殼型結(jié)構(gòu)的單個(gè)粒子，最后，通過調(diào)節(jié)處理溫度和氣氛，在化學(xué)組成、尺寸和形貌不變的前提下，在SiO2殼層限域的納米空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了單一合金納米粒子從有序體心立方（B2）到無序面心立方（fcc）的晶相轉(zhuǎn)變。研究發(fā)現(xiàn)，在室溫和計(jì)量比條件下的乙炔催化加氫反應(yīng)中，B2粒子的轉(zhuǎn)化速率是fcc粒子的十倍以上。此外，研究團(tuán)隊(duì)借助同步輻射、紅外光譜、原位電鏡和理論計(jì)算等，發(fā)現(xiàn)B2粒子的Pd和Cu原子分別有序占據(jù)體心立方的頂點(diǎn)和體心位置，而fcc粒子中的Pd和Cu原子隨機(jī)落位于面心立方的頂點(diǎn)和面心位置；B2粒子表面具有高密度的Pd-Cu鍵，高度隔離的Pd位點(diǎn)可以活化H2分子，解離的H原子則落位在粒子表層和次表層的Pd和Cu原子間隙，表現(xiàn)出更高的催化加氫本征活性。本工作不僅揭示了單個(gè)金屬納米粒子活性位的原子結(jié)構(gòu)，更為重要的是，為研究單個(gè)粒子催化行為和研制高活性金屬合金催化劑提供了新思路和理論基礎(chǔ)。
相關(guān)成果以“Tuning Crystal-phase of Bimetallic Single Nanoparticle for Catalytic Hydrogenation”為題，于近日發(fā)表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該工作的第一作者是大連化物所助理研究員劉爽。該工作得到國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
