基于钙钛矿铁电纳米结构的贵金属纳米晶生长、微结构及其CO催化氧化性能研究

In view of the essential scientific problems concerned with the relationship between the microstructure and CO catalytic oxidation property of supported noble metals and the polarization mediation effect of ferroelectric oxides, starting from the growth of noble metals, microstructures and properties of supported noble metal catalyst, this program innovatively aims at obtaining noble metal Platinum(Pt) nanostructure loaded Pt-PbTiO3 nanomaterials by wet chemical method. The program focuses on the controllable synthesis of single-crystal noble metal-faceted perovskite ferroelectric oxide Pt-PbTiO3 nanostructures with hydrothermally synthesized octahedral shaped perovskite PbTiO3 nanocrystals of different sizes as ferroelectric supports, meditating the growth of noble metal Pt nanostructures on the interface. The effect of ferroelectric polarization and the exposed facets of octahedral shaped PbTiO3 supports on the growth, shape and size, surface and interface chemistry of Pt nanocrystals will be systematically explored. The reaction rate, conversion temperature and catalytic kinetics of CO catalytic oxidation reaction by using Pt-PbTiO3 as catalysts will be investigated and analyzed, based on which the effect and mechanism of ferroelectric polarization and exposed facets of PbTiO3 support on the growth, microstructures and CO catalytic kinetics of Pt will be revealed. On the basis of research findings, an effective approach will be proposed to optimize the property of ferroelectric nanostructures modified catalysts towards CO catalytic oxidation, offering the theoritical and technical support for the development of the high-efficient supported noble metal catalysts in CO catalytic oxidation.

针对铁电极化调控的负载型贵金属催化剂材料的微结构与一氧化碳（CO）催化氧化性能中存在的一些关键科学问题，从负载型催化材料中贵金属成核-生长与微结构调控的角度出发，本项目创新性地提出以不同尺寸的水热合成产物钙钛矿铁电PbTiO3八面体纳米晶为氧化物衬底，采用湿化学氧化还原法制备Pt纳米晶负载的Pt-PbTiO3纳米复合材料，研究八面体纳米晶的铁电自发极化强度和暴露晶面对Pt纳米晶的生长、形貌、尺寸及表面、界面化学状态等的影响规律；研究Pt-PbTiO3作为催化剂催化氧化CO的反应速率、转化温度及反应动力学，揭示钙钛矿氧化物的铁电极化与暴露面对Pt纳米晶的生长、微结构及其CO催化动力学的作用机制；提出基于铁电纳米结构优化CO催化性能的有效途径，为高活性负载型贵金属CO催化氧化催化剂的设计开发提供理论基础和技术支持。

针对铁电极化调控的负载型贵金属催化剂材料的微结构与一氧化碳(CO)催化氧化性能中存在的关键科学问题，项目负责人从负载型催化材料中贵金属的成核-晶体生长与微结构调控出发，研究了具有规则暴露晶面的钙钛矿相铁电PbTiO3纳米晶对Pt单晶生长、化学状态及CO催化氧化性能的调控机制。.首先，通过采用含Li+无机盐和有机小分子溶剂辅助水热法，实现了具有规则暴露面的钙钛矿铁电PbTiO3纳米晶的可控制备，研究了水热辅助剂与铁电纳米结构的暴露晶面之间的调节作用；.其次，以上述合成的钙钛矿铁电PbTiO3纳米晶为衬底，采用湿化学氧化还原法生长了Pt单晶纳米晶，获得了一系列尺寸和形貌不同的Pt/PbTiO3纳米八面体以及Pt/PbTiO3纳米片、Pt/PbTiO3截角八面体等纳米结构复合材料；进一步，通过XRD、SEM、TEM、XPS和第一性原理计算等方法系统研究了Pt-PbTiO3纳米结构复合材料的形貌、尺寸和微结构，揭示了铁电纳米晶的不同暴露面、铁电极化在贵金属Pt的选择性生长、尺寸、分散性、表面反应活性等起到的关键作用；在此基础上，建立了Pt单晶生长与铁电衬底暴露晶面和极化的依赖关系，以及铁电极化对Pt单晶表面化学状态及CO催化反应动力学的调控作用。.本研究实现了铁电体纳米晶暴露面调节的贵金属Pt单晶纳米晶的生长与Pt负载铁电纳米结构复合材料的可控制备及微结构研究，以及铁电暴露面和铁电极化调控的CO催化氧化反应，研究了铁电纳米晶暴露面和铁电极化对Pt的CO催化氧化反应动力学的调控机制，为新型气相催化材料的开发提供了重要的设计思路和实验支持。提出基于铁电纳米结构优化CO催化性能的有效途径，为高活性负载型贵金属CO催化剂的设计开发提供理论和技术支持。