使用表面配位修饰调控金属催化剂的界面电子结构

据厦门大学,该校化学化工学院、能源材料化学协同创新中心郑南峰、傅钢等课题组巧妙地运用了配位化学的概念,发展了利用表面配位修饰调控金属催化剂的界面电子结构的有效方法,大幅提高了铂催化剂的氢化催化选择性。这一重要发现拓宽了优化多相金属催化剂性能的实践途径,相关研究成果(“Interfacial Electronic Effects Control the Reaction Selectivity of Platinum Catalysts”)于2016年1月25日在《自然-材料》上发表。Nature Materials是Nature旗下报道材料领域最新成果的顶尖杂志,影响因子为36.503。

表界面电子结构是影响催化性能的一个重要因素,但表界面精细结构的表征却是当前多相催化研究的重要挑战。在该9f38edb4-5e34-47c4-b0be-ce58bb0240f3发表于Nature Materials的工作中,结构均一、表面仅有乙二胺吸附的超细(1纳米左右)铂纳米线的合成是一个至关重要的环节。超细纳米线的结构均一,加之表面原子比例高(>40%),使相关表界面精细结构的实验表征及其结构效应的深入研究成为可能。充分利用能源材料化学协同创新中心的协同创新机制,通过与中科院物理所、大连化学物理研究所等单位密切合作,结合多种先进表征手段解析出了铂纳米线的精细结构。在硝基苯氢化反应中,铂纳米线得到的主要是部分氢化产物苯基羟胺,与商用铂黑催化剂主要得到深度加氢产物苯胺的情况完全不同。傅钢课题组通过密度泛函计算揭示了乙二胺修饰对反应选择性调变的重要作用,发现了乙二胺上氮上的孤对电子可以填充到纳米线的未占轨道上,使得铂纳米线的表面原子带有显著的负电荷。研究表明,带有负电荷的Ptd-对硝基苯和亚硝基苯等缺电子底物的吸附有利,但显著抑制了富电子苯基羟胺的吸附。当硝基苯被氢化至苯基羟胺时,会由于静电排斥作用而离开催化剂表面,避免了深度氢化。在深入理解界面电子效应的基础上,他们发现通过在商业铂黑催化剂表面原位沉积铂-乙二胺配合物修饰层,可以极大改善催化剂对芳香羟胺的催化选择性。该策略简单易行、灵活可控,充分展示了配位化学在发展新催化材料中的重要性。


值得一提的是,我校郑南峰和傅钢课题组通过密切合作,近年来已在贵金属纳米晶体形貌调控(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 7073)、贵金属-有机配体界面对催化选择性的调控机制(Nature Materials 2016, 16, DOI:10.1038/nmat4555;Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3440)以及贵金属-无机界面协同促进催化(Science, 2014, 344, 495)等重要前沿领域取得了重要进展。该工作由陈光需(共同一作、能源材料化学协同创新中心博士后)、许潮发(共同一作)、黄小青等共同完成。


该工作受到了国家自然科学基金委、科技部、教育部等部门的大力资助与支持。
论文链接:http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4555.html

原创文章,如若转载,请注明出处。

相关文章

  • 发光碳纳米点白光应用材料制备

    发光碳纳米点是近十年发展起来的一类重要发光材料。大量研究表明其具有良好的光稳定性、优异的发光性质、低廉的制备成本、良好的生物相容性等优势,引起国际上的广泛关注,其在生物成像、传感、催化、激光、光电器…

    2016-12-20
  • 科学家首次实现聚合物纳米相区的红外光谱定量分析

    红外光谱是聚合物结构分析的常用方法,但是其空间分辨率低于几个微米,对于微纳尺寸的相区无能为力。近年来,法国科学家Dazzi等人基于光热诱导共振现象,将原子力显微镜与红外光谱相结合,开发了原子力红外(AFM-IR…

    2016-08-19
  • 科学家研究出精确合成一维纳米晶体新技术

    一维纳米晶体(纳米棒,纳米线,纳米管等)因具有独特的尺寸和形貌效应,在光学、电子学、光电、磁学、催化、传感器等领域应用广泛。自然界中,这种各向异性生长的纳米材料不多,因此,如何按照人为的意愿设计制备…

    2016-11-30
  • 科学家首次实现可塑性可调的石墨烯类突触器件

    近年来,随着特征尺寸的不断缩小,各种物理和技术上的制约使得微电子器件的发展遇到了瓶颈。类脑计算概念的提出,为微电子芯片的彻底革新提供了崭新的途径。人脑中有数以亿计的神经元,不同的神经元之间又由突触所…

    2016-02-18
  • 液相还原法合成了水溶性六方纳米晶

    近日,南京师范大学化学与材料科学学院戴志晖教授课题组在纳米材料的电致发光性能的研究中取得突破性进展。该成果以“Electrochemiluminescence Tuned by Electron–Hole Recombination from Symmetry-Breaking in Wu…

    2016-03-29
  • 科学家在高温稳定性贵金属纳米催化剂制备上取得突破进展

    负载型贵金属催化剂由于在CO和碳氢氧化、水煤气转化、选择性加氢等众多化学反应中具有非常突出的催化活性,所以此类催化剂一直是催化领域的研究热点。大量的研究结果表明,贵金属催化剂的活性、选择性和稳定性等催…

    2016-12-08