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

  • 新技术降低纳米器件的成本

    来源:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 半导体表面有序纳米结构阵列元器件性能优异,在材料、信息、新能源、环境和生物医学等领域具有广泛的应用。目前常用的制备方法有:纳米压印技术、全息曝光技术、聚焦…

    2017-05-15
  • 光刻可以达到纳米精度

    提高分辨力一直是光刻技术发展的主旋律,由瑞利公式R=K1λ/NA可知,缩短波长是提高分辨力的有效手段。每次更短波长光刻的应用,都促使集成电路性能得到极大提升。而由焦深公式DOF=K2λ/NA2可知,提高分辨力总是以牺牲…

    2016-07-14
  • 提高二氧化硅纳米粒子的载药性能

    近日,英国皇家化学会刊物《分析方法》(Analytical Methods)正封面刊发华中农业大学理学院化学系“新型功能材料化学”研究组硕士生黄沙平的“荧光纳米载药-控释体系”设计的研究论文:“具有高阿司匹林载药量和pH诱控…

    2016-03-19
  • 人类未来二十年最大的科技安全隐患

    就如同没有一种粒子名叫“量子”一样,也没有一种农作物能长出一种果实叫做“纳米”。要研究纳米安全,我们就先要确定研究的主体是什么。纳米,英语叫做nanometer,是一个长度单位,nano表示10的负9次方,因此一个纳米…

    2016-05-19 观点
  • 中美科学家有望合成新二维无机材料

    近日,南京师范大学化学与材料科学学院李亚飞教授课题组在二维纳米材料设计的研究中取得新进展。该成果以“Semi-metallic Be5C2 monolayer global minimum with quasi-planar pentacoordinate carbons and negative …

    2016-05-11
  • 采用分子调控的自组装方式构建新型的超低场磁探针

    磁性纳米粒子在现代科学的众多领域具有广泛的应用,例如核磁共振成像、生物医药、催化、数据存储和环境保护等。通过调节粒子的尺度和几何外观以及分级有序自组装,可以获得磁性纳米粒子优异的特性,利用磁性纳米粒…

    2016-05-16