负载型金催化结构敏感性及外场能影响

Au catalysis has been demonstrated to be environmentally friendly since it requests mild reaction conditions and exhibits high selectivity of target product. However, the utilization of Au is still insufficient due to the lack of comprehensively fundamental understanding of Au catalysis, especially the structure-sensitive of Au. In our research, we plan to firstly establish a series of supported Au catalysts with size distribution from atomic to nano scale, then work on the structure-sensitivity of Au catalysis by employing in-situ and operando spectroscopy in CO oxidation, selective hydrogenation of unsaturated hydrocarbons, selective CO oxidation and propylene epoxidation. We will focus on the adsorption and activation of reactants, the reaction intermediates, reaction pathways over our supported Au with different geometric and electronic structures. We hope that, via our comprehensive studies, the fundamental understanding of Au catalysis will be more comprehensive and we would also provide a successful example to utilize Au active sites by clean energy based on our understanding of Au catalysis.

金催化具有反应条件温和，目标产物选择性高，环境友好等特点，但金催化结构的敏感性增加了全面理解金催化反应机理，优化活性结构的难度。在本申请项目中，我们通过建立原子级到纳米级负载型金催化体系，综合多种催化反应条件下（准）原位谱学研究方法，系统理解在CO氧化、富H2条件CO选择氧化、不饱和烃类选择加氢和丙烯环氧化反应中反应气体分子在金表面吸附活化机制以及反应中间体物种，明确反应通道，建立金催化剂结构-性能关系，丰富完善负载型金催化结构敏感性理论认识。在此基础上，我们利用光激发负载型金催化材料产生光生电子和空穴从而进一步调变金表面的电子结构，实现金催化对CO选择氧化、丙烯环氧化和不饱和烃类选择加氢性能优化，从而完成光能和金催化的耦合并实现外场能向化学能的定向转化和存储。

系统理解金催化结构敏感性对设计和发展高效环境友好的金催化体系非常重要。本项目中我们通过构建不同尺寸负载金纳米催化剂与不同晶面和表面结构氧化物载体的负载型金催化体系，综合多种催化反应条件下（准）原位谱学研究方法，系统理解在反应气体分子在金表面吸附活化机制以及反应中间体物种，明确反应通道，建立金催化剂结构-性能关系，丰富完善负载型金催化结构敏感性理论认识。在系统理解金自身电子结构对其催化性能影响基础上，通过设计并发展外场能调控的不同电子结构负载金催化体系，进一步探寻不同光频率激发光源对金催化加氢还原反应和选择氧化反应催化性能影响。本项目在包括Angew. Chem. Int. Ed. , ACS Catal., Chem. Comm., Chem. Eur. J. 国际催化主流期刊发表相关文章9篇，这些研究成果将有利于我们更好的理解金催化机制并且进一步高效利用金催化体系。