青島能源所利用雙模板策略合成整體式單原子催化劑
發(fā)布時(shí)間: 2022-10-11
撰稿: 青島生物能源與過(guò)程研究所
碳載單原子催化劑在多相催化領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。但是，在碳載單原子催化劑合成過(guò)程中，大量單原子被嵌入到碳基底或微孔孔道中，引起傳質(zhì)限制，導(dǎo)致催化性能降低。另外，碳載單原子催化劑通常是以納米/微米級(jí)的粉末態(tài)存在，在實(shí)際應(yīng)用中需要添加膠黏劑，通過(guò)壓片、擠條等手段成型，這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致催化劑孔道堵塞，活性位點(diǎn)包埋，大幅降低催化劑的效率。
設(shè)計(jì)具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的成型碳載單原子催化劑，有望解決上述問(wèn)題。青島能源所王光輝研究員帶領(lǐng)的多孔催化材料研究組開(kāi)發(fā)了一種雙模板策略，制備了成型的氮摻雜介孔碳納米線負(fù)載的Pt單原子催化劑（Pt1/NMCW）。該催化劑具有豐富的介孔和大孔，有利于活性位點(diǎn)暴露和反應(yīng)傳質(zhì)。相關(guān)研究發(fā)表在Nano Research《納米研究》上。
圖1 雙模板法合成Pt1/NMCW催化劑的示意圖
該策略以三嵌段共聚物（Pluronic F127）為軟模板，合成了一維介孔碳納米線負(fù)載的Pt單原子，可以暴露更多的Pt活性位點(diǎn)；以KCl晶體作為硬模板，形成了有利于傳質(zhì)的大孔結(jié)構(gòu)。由于其結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，Pt1/NMCW在液相加氫過(guò)程中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，優(yōu)于未使用KCl模板合成的成型催化劑的活性，并且與納米級(jí)粉末催化劑（納米碳球負(fù)載的Pt單原子）的活性相當(dāng)。該研究為碳載單原子催化劑傳質(zhì)效率的提高和活性位點(diǎn)的暴露，提供了一種有效途徑，在多相催化領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
該論文的第一作者是青島能源所的田正斌博士，通訊作者是青島能源所的王光輝研究員。上述工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金，所內(nèi)合作基金等項(xiàng)目的資助。
Zhengbin Tian, Xiaohui Deng, Ping He, Guang-Hui Wang*. Atomic Pt anchored on hierarchically porous monolithic carbon nanowires as high-performance catalyst for liquid hydrogenation. Nano Research. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5118-4.
