利用原子层沉积调控Pt-氧化物界面结构

The metal-oxide interfaces strongly affect catalytic performance. However, how to tailor the interfaces to be fully utilized becomes a difficulty in this research area. Here we propose to tailor the Pt-oxide interfaces on an atomic level by atomic layer deposition (ALD). The selective hydrogenation of cinnamaldehyde is chosen as the model reaction. The oxide-on-metal inverse catalysts will be prepared to increase the density of metal-oxide interfaces through depositing metal oxide onto Pt nanoparticles by ALD. The coverage of metal oxide on Pt nanoparticles can be tuned to maximize Pt-oxide interfacial sites. And we first propose the preparing of Pt-based catalysts confined in oxide nanotubes by ALD, to investigate the effects of interfaces on the catalytic performance in the confined catalyst system. We will study the relationships between the interfaces and catalytic performance, and explore new ways of fully utilization of the interfaces. These studies will deepen the understandings of the metal-oxide interfaces and the metal-support interactions, and provide theoretical foundations for the design and assembly of highly efficient nano-catalysts.

金属-氧化物界面结构强烈地影响多相催化剂的性能。然而，如何精确地调控界面结构，使其得到充分利用，成为本领域研究的难点。本项目拟以肉桂醛选择性加氢反应作为模型反应，利用原子层沉积（ALD）技术的优势，在原子层级别调控Pt-氧化物界面结构。利用ALD技术对Pt粒子表面进行氧化物修饰，制备出倒载催化剂，调控氧化物对Pt粒子的覆盖程度，获得最大化的Pt-氧化物界面结构；并且首次提出利用ALD技术制备氧化物纳米管限域的Pt基催化剂，研究限域体系内界面结构对催化性能的影响。系统研究并建立催化剂界面结构与催化性能之间的构效关系，探索充分利用金属-氧化物界面结构的新方法。本项目的研究将深化对金属-氧化物界面和金属-载体间相互作用的认识，为高效纳米催化剂的设计构建提供依据。

金属-氧化物界面结构强烈地影响多相催化剂的性能。然而，如何精确地调控界面结构，使其得到充分利用，成为本领域研究的难点。原子层沉积（ALD）在纳米结构设计、控制薄膜厚度、粒子尺寸及分布等方面具有突出的优势。本项目利用原子层沉积技术的优势，在原子层级别调控Pt-氧化物界面结构。利用ALD对介孔材料载体进行氧化钛超薄修饰，对活性物种-载体间的相互作用进行调控，提高了负载氧化钴催化剂对于苯乙烯环氧化反应的选择性、稳定性。利用ALD 对负载Pt纳米粒子表面进行氧化铁精确修饰，制备出新型的倒载催化剂，ALD沉积的氧化铁选择性覆盖低配位位点，形成界面位点。低配位位点的选择性修饰和界面位点的生成可以明显的提高对肉桂醇的选择性，修饰后的催化剂选择性最高可以达到84%，明显地高于修饰前的Pt催化剂（45 %）。制备出一种多重限域的Ni基加氢催化剂，大幅提高催化剂对于肉桂醛以及硝基苯加氢的催化反应性能。这是由于限域催化剂中的Ni粒子被限域在氧化铝纳米管内壁的凹坑中，具有了更多的Ni-Al2O3界面位点，促进了氢溢流现象，从而提高了催化剂的加氢反应活性。另外，氧化铝纳米管可以保护限域在其中的Ni粒子，阻止其在反应中脱落、溶释，使得多重限域催化剂比未限域的催化剂具有更好的循环使用稳定性。进一步地，我们利用ALD，对限域在氧化物纳米管内壁的纳米粒子用氧化物进行超薄修饰以最大化界面。与没有超薄修饰的限域Pt催化剂相比，超薄修饰2个循环氧化铝的催化剂催化四硝基苯酚的还原加氢活性增加了5倍。