过渡金属氧化物纳米晶模型催化剂的设计合成、结构表征及催化性能

过渡金属氧化物是一类氧化还原反应的重要催化剂，由于传统催化剂制备方法的限制，不同的多晶表面呈现不同的活性位，造成整体催化剂活性不均一、催化活性低且不稳定。目前尚缺乏晶面结构和催化性能的系统研究和确切认识，其主要原因难以得到均一晶面的模型催化剂。单分散纳米晶具有规则形貌、均一尺寸及稳定的表面结构，同步辐射是模型催化剂表面结构表征的重要手段。申请人拟开展第四周期过渡金属氧化物特别是VIII族金属氧化物单分散纳米晶的形状和尺寸控制合成，系统研究不同晶面在低碳烃类催化氧化和氮氧化物还原分解作用，利用包括EXAFS等多种现代测试手段解析晶面结构和催化性能的关系，揭示表面催化活性中心和催化反应机理，在原子分子尺度上设计开发结构规整、活性位比较均一的具有高催化活性和选择性的过渡金属氧化物纳米晶模型催化剂。以上问题的探索，不仅有助于模型催化剂理论的完善，并对实用催化剂的开发具有重要的科学意义和实用价值。

本项目以第四周期过渡金属氧化物为研究对象，以纳米晶表面设计合成为研究基础，掌握并发展了一种简单、通用、高效的过渡金属氧化物纳米晶的制备方法，揭示不同表面暴露的合成规律，发展高活性、高稳定性、高指数晶面的模型催化剂，探索贵金属在过渡金属氧化物纳米晶表面的负载规律和相互作用，综合包括扩展X射线吸收精细结构技术(EXAFS)等多种现代测试表征手段，揭示表面催化活性中心和催化反应机理，在原子分子尺度上设计开发结构规整、活性位比较均一的具有高催化活性和选择性的过渡金属氧化物纳米晶模型催化剂。在国家自然科学基金联合资助项目（10979031）的资助下，我们围绕上述主题，按照课题计划任务书开展研究工作，在过渡金属纳米晶设计合成、结构表征及催化性能等方面取得了重要进展，并基本实现了预期目标。主要成果包括合成3种不同形貌和表面的Co3O4纳米晶模型催化剂，以CO催化氧化为模型反应，揭示不同表面的Co3+活性位点的不同活性；设计合成不同晶面过渡金属氧化物负载贵金属催化剂，以CH4催化燃烧为模型反应，发展负载型Pd/Co3O4 纳米片高活性催化剂，发现PdO单位晶胞的长宽比和相邻Co3O4晶胞水平和垂直比的一致性以及PdO单位晶胞和Co3O4纳米片{112}晶面的强烈相互作用；设计合成其他不同形貌的过渡金属氧化物如NiO，CoO，Ag-CoO，Pd-Co3O4复合催化剂。在Nano Res (IF=6.97), Phys. Rev. Lett. (IF=7.370), Chem. Cat. Chem. (IF=5.270) 等发表3篇高水平SCI文章，他引次数38次， 其中一篇为Nano Res.封面文章。