负载型Rh纳米催化剂的原子层沉积合成及催化性能研究

负载型Rh催化剂在合成气催化转化中具有重要应用，其催化活性取决于纳米颗粒尺寸、晶面暴露情况等，传统制备方法很难对此进行有效控制。而原子层沉积（ALD）技术在控制薄膜厚度、粒子尺寸及分布等诸多方面具有突出的优势。本项目将利用ALD技术制备负载Rh基纳米催化剂并研究其催化性能，研究粒子尺寸、分布、载体等参数对催化性能的影响规律。并利用ALD引入助剂、隔离层、超薄修饰及结构限域Rh纳米粒子，研究Rh-助剂相互作用、Rh-载体相互作用、超薄修饰以及结构限域对催化性能的影响。找出影响催化剂粒子活性的关键因素以及活性中心的本质，并探讨催化反应机理等。这些研究将为设计和制备高活性、高选择性、长使用寿命的负载Rh基纳米催化剂以及理解催化反应机理提供理论依据，将促进这一研究取得突破性进展。

负载型Rh催化剂在合成气催化转化中具有重要应用，其催化活性取决于纳米颗粒尺寸、晶面暴露情况等，传统制备方法很难对此进行有效控制。而原子层沉积（ALD）技术在控制薄膜厚度、粒子尺寸及分布、纳米结构设计等诸多方面具有突出的优势。在项目资金的支持下，本项目的各项研究内容都顺利进行，尤其在限域催化剂、超薄修饰催化剂等方面，取得了一些突出的创新成果。限域催化剂具有优异的催化性能，依靠ALD技术，合成Rh基限域催化剂有利于合成气的高效转化。首先，我们以更具有代表性的非贵金属催化剂为例来研究ALD合成限域催化剂。利用ALD设计制备出催化性能优异的多重限域的非贵金属Ni基催化剂。与未限域的催化剂相比，多重限域的Ni基催化剂对于肉桂醛以及硝基苯的加氢催化反应的活性、稳定性得到显著的提高。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，其金属-载体之间的相互作用更强，促进了氢溢流现象，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。该方法具有普适性，可以用来合成其他体系的限域催化剂，用于催化不同的反应，为未来高效纳米催化剂的设计提供了重要的科学参考。在此基础上，进一步合成了限域Rh/MnO、Rh基催化剂，分别表现出良好的合成气转化制乙醇、加氢性能。另外，我们利用分子层沉积（MLD），设计出新的Zn有机-无机杂化膜的分子层沉积方法，对Cu基催化剂进行超薄修饰，调节Cu-ZnO界面位点，制备出了高活性的铜基催化剂。利用ALD技术，制备了负载Pt、Ni、NiO以及Cu催化剂，通过ALD循环次数，精细调控催化剂粒子的大小，找出了催化性能最佳的粒子尺寸。研究中发现，ALD制备的催化剂粒子与载体的相互作用比浸渍法的更强，具体的原因还在进一步探索研究中。