二氧化钛高活性晶面负载纳米金复合微球的可控制备及催化性能

Au catalysts have shown excellent and unique catalytic properties in the CO oxidation. The effective coupling between Au nanoparticles and reducible metal-oxide supports can significantly enhance their catalytic activities. Based on Au nanoparticles supported on TiO2 with exposed high surface energy facets, this project plans to design and fabrication SiO2@TiO2/Au composite microspheres, depending on the facts that TiO2 nanoshell with exposed high surface energy facets are synthesized by the crystal controlled growth on the surface of SiO2 spheres, the anatase TiO2 crystals are piled into mesoporous structure, and Au nanoparticles are deposited within the mesoporous due to the confinement effect, respectively. The composite microspheres are synthesized to realize the coupling of catalytic performance between higher surface energy facets TiO2 and Au nanoparticles, and to build the control method of the microstructure of the microspheres. The characterization of F- on TiO2 surface will be clarified for the control of the yield of exposed high surface energy facets and pore size of mesoporous TiO2. The catalytic coupling effect will be revealed between higher surface energy facets TiO2 and Au nanoparticles. The relationship of microstructure and catalytic performance of these composite microspheres will be established. The diffusion and confinement reaction in the mesoporous during the catalytic reaction will be elaborated. More interesting, this study will explain the catalytic reaction mechanism and provide a new insight for constructing highly efficient and recyclable Au nanoparticle catalysts.

纳米金催化材料在一氧化碳低温催化氧化反应中具有出优异的催化性能，而纳米金与活性氧化物载体材料的协同耦合可以显著提高其催化活性。本项目将基于纳米Au在TiO2高表面能晶面的选择性生长，设计和制备SiO2@TiO2/Au复合微球催化剂，实现纳米Au粒子与TiO2高活性晶面的协同耦合，并建立核壳复合微球的结构控制方法。明确氟离子诱导控制TiO2晶面生长的化学反应特征，实现TiO2壳层厚度、暴露高表面能晶面比例、堆积介孔结构等的控制；揭示Au纳米粒子在TiO2高表面能晶面选择性生长机制，探讨Au前驱体在TiO2介孔孔道内吸附、限域反应及热质传递特征。研究Au纳米粒子与TiO2高表面能晶面的耦合效应，建立SiO2@TiO2/Au复合微球结构与CO催化氧化活性之间的关系，为制备高效、稳定的CO氧化转化催化剂提供新思路。

随着现代交通运输和工矿企业等行业的不断发展，一氧化碳尾气排放也随之增多，利用O2低温氧化CO是消除CO的主要手段。高效低温一氧化碳氧化催化剂的开发，对于CO氧化催化转化极其重要。Au或Pt贵金属催化剂，作为一种典型的异相催化剂，以其突出的CO催化性能受到研究者的广泛关注，并且作为催化剂的探针反应来研究催化剂的催化机理。本项目制备合成了Fe3O4@TiO2@Ag-Au、Au/F-CeO2、Pt/H-TiO2、PtxAuy/TiO2等贵金属担载的催化剂材料，考察了催化剂材料的催化性能，研究了相应的催化机理。.1.制备Fe3O4@TiO2@Ag-Au双金属原位自监测催化材料，其催化速率常数高达2433.17 s-1g-1。进一步利用拉曼图谱进行原位自监测作用，并研究了4-硝基苯硫酚的反应机理。在可见光下也具有良好的光催化活性，其光催化降解速率常数为0.1148 min-1。.2.在CeO2泡沫表面沉积原子及分散的Au催化剂，其CO完全转化温度为80 oC，TOF值为1.4294 s-1，在90 oC下1000 min连续反应后依然保持很高的活性，CO转化率始终在90%以上，显示出良好的催化稳定性。.3.采用喷雾燃烧法，制备了TiO2负载Pt-Au合金的纳米复合颗粒。制备的Pt0.75Au0.25/TiO2催化剂中Pt-Au合金颗粒粒径为3.4±0.5 nm，在30000 h-1的空速下，可使占1%体积比的CO在120 oC完全转化。.这些工作在Nano Today等期刊发表标注论文16篇，申请中国发明专利3项。在项目资助期间先后获得博士后基金特别资助、国家自然科学基金面上等项目，并入聘华东理工大学特聘副研究员，入选上海市晨光学者、香江学者计划。并获得2014年上海市自然科学一等奖（第五完成人），2015年获“教育部自然科学二等奖”（第三完成人）。