氧化物负载IB簇金属纳米粒子的模型催化体系对比研究

氧化物负载IB簇金属催化剂表现出卓越的催化活性，但它们适用的反应类型与催化性能存在着显著差异，其中的内在物理机制还有待于对比研究。本申请项目拟通过模型催化体系研究，利用基于同步辐射光源的高分辨光电子能谱技术，研究不同化学状态的氧化物表面上IB簇金属纳米粒子的沉积、生长、电子结构及模型催化剂的化学吸附和催化性能；以规整的惰性氧化物薄膜为载体，在排除载体修饰作用的前提下探寻IB簇金属内在化学性质的差异。本申请项目的目的在于深入认识氧化物负载IB簇金属纳米粒子的电子结构与催化性能之间的构效关系，探索具有高催化性能的负载型IB簇金属催化剂的制备条件、稳定状态和催化反应机理，为高效工业催化剂的设计合成和反应条件的精确控制提供新的实验思路和理论指导；同时对比研究IB簇金属的内在化学本质，探寻产生化学性质差异的物理机制，为将来可能的贵金属取代应用提供前期的理论探索。

氧化物负载IB簇金属催化剂的催化性能显著不同，本申请项目通过对比研究来揭示IB簇金属内在的化学性质，从而深入认识氧化物负载IB簇金属纳米粒子的组成/结构与催化性能之间的构效关系。研究了负载型IB簇金属催化剂对低温CO氧化反应的构效关系，发现Au纳米粒子尺寸与其催化活性之间表现出一种火山型的曲线关系，其最佳粒子尺寸范围为3~4.5 nm；具有大量低配位Au原子和类似于体相Au电子结构的负载Au纳米粒子才是室温下CO氧化反应的催化活性结构。负载CuO催化剂与氧化物载体之间不存在明显的电荷传递效应，对CO氧化反应遵循界面反应机理。考察了Cu2O纳米晶的表面再构及其形貌/表面结构对催化反应性能的影响，发现催化剂纳米粒子的表面再构过程及再构表面的催化性能可以通过调控纳米粒子的形貌和暴露晶面来实现；Cu2O纳米晶的不同晶面表现出不同的化学吸附特性和还原性质，对CO氧化和丙烯氧化反应也表现出不同的催化活性和选择性，在氧化物的表面组成/结构、表面吸附中间体和催化反应性能之间建立起了很好的关联，清晰地阐述了通过形貌和暴露晶面来调控纳米氧化物催化剂的催化反应性能。研究了NO和NO2在Ag/Pt(110)双金属表面的吸附和分解情况，检测到亚硝酸盐/硝酸盐表面物种，并归因于高度配位不饱和Ag粒子的高活性及其与Pt基底之间的协同作用，制备得到的AgPt(110)合金结构是可能的低温催化直接分解氮氧化物活性结构。同时开展了氧化物材料的制备和催化性能的研究工作，发现焙烧温度对氧化物催化剂的结构和催化反应性能具有显著的影响。另外，发展了脉冲模式的进样方式，有效地减小甚至消除气相成分对原位谱学测量的干扰，并进行了负载型催化剂上表面吸附物种的原位动态光谱测量。上述研究结果共发表学术论文11篇，全部为SCI收录，包括Angewandte Chemie International Edition (1篇)、Journal of Physical Chemistry C (2篇)、Catalysis Science & Technology (1篇)、ChemSusChem (1篇)、Applied Surface Science (1篇)。