尺寸可控氢化铱纳米晶的合成及其催化水合肼分解制氢反应性能研究

Noble metal can absorb hydrogen to form metal hydride under certain conditions, the formation of hydride will change the structure of noble metal, and influence its catalytic performance. So the successful synthesis of nano noble metal hydrides will greatly promote the study of its physical and chemical properties. As current synthesis are limited to Pd, Rh system, and iridium nanocrystals having hydrogen storage capability, can form metal hydride, this project will focus on the synthesis of iridium hydride nanocrystal, structural characterization and its property research, mainly including the following three aspects: 1) size controlled synthesis of iridium hydride nanocrystalline and the reaction mechanism research; 2) structural characterization and stability research of hydride; 3) influence of hydride on the catalytic dehydrogenation of hydrazine. The successful implementation of the project will give researchers a better understanding for nano iridium hydride, and provide new ideas for the optimizing of Ir-based materials’ catalytic performance.

贵金属在一定条件下能吸收氢气形成氢化物，氢化物的形成会改变贵金属的结构，影响其催化性能。若能单独制备出纳米贵金属氢化物，将极大地促进对其物理化学性质的研究。但目前相关合成工作还主要集中于钯、铑体系。本项目基于铱纳米晶可吸收氢气形成氢化物的事实，围绕室温下稳定氢化铱纳米晶的合成、表征与性能研究，将开展了如下三方面的工作：1）尺寸可控氢化铱纳米晶的制备与合成机理研究；2）氢化铱纳米晶结构表征与稳定性研究；3）氢化物形成对铱纳米晶催化水合肼分解制氢反应性能影响的研究。该项目的顺利实施将有助于研究者对纳米氢化铱体系的认识，同时为铱基纳米材料的催化性能优化提供新思路，亦将为纳米金属氢化物的研究提供借鉴。

贵金属在一定条件下能吸收氢气形成氢化物，氢化物的形成会改变贵金属的结构，影响其催化性能。若能单独制备出纳米贵金属氢化物，将极大地促进对其物理化学性质的研究。本项目就氢化铱纳米晶的合成进行了探索，并利用荧光等表征手段对其进行结构表征。另一方面，表面保护剂对贵金属纳米晶的可控合成有重要影响，但在实际应用中，合成中引入的表面保护剂可能会阻碍贵金属纳米晶表面的活性中心的暴露，减弱其催化性能。因而，开发高效的表面清洁方法对调控贵金属纳米晶的催化性能意义重大。本项目研究发现了一种MOF辅助的减弱表面保护剂在贵金属纳米晶表面吸附作用，实现纳米晶表面清洁的方法。通过构建贵金属与Al基MOF材料DUT-5的界面，能有效减弱DMF在贵金属纳米晶表面的吸附，显著增强纳米晶的催化加氢性能。同时，本项目在MOF基催化材料的设计合成过程中采用液体辅助的机械研磨法成功将Cu离子掺杂到ZIF-8结构中，并且从液体的作用、金属前驱体的选择、金属与配体的比例对合成的影响三方面系统优化了合成策略 (太原理工大学学报，2019，50， 4，407-413)。结合XPS及俄歇电子能谱的表征发现所制得的Cu掺杂的ZIF-8纳米晶表面Cu+与Cu2+的比例为9:1，以二甲基苯基硅烷与正丁醇为模型底物，对Cu掺杂ZIF-8纳米晶催化硅烷与醇脱氢偶联制备硅氧烷的反应性能的研究表明，其对该反应有较好的反应活性，选择性及稳定性（Dalton transactions，48，44，16562-16568）。该研究工作报道的合成策略将对多元金属MOF材料的制备及性能研究提供借鉴。