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

纳米催化剂
纳米催化剂

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化性能与贵金属纳米颗粒的尺寸密切相关,当金属颗粒尺寸大于6nm时贵金属催化剂的活性急剧下降。但是,由于低塔曼温度和高表面能,贵金属纳米颗粒在热处理过程中会发生烧结现象,转变成大颗粒以降低表面能,最终导致贵金属催化剂的性能下降。目前文献中已经报道了提高贵金属纳米颗粒热稳定性的多种方法和技术,包括孔道限域、包埋、合金效应以及载体预处理等。虽然这些方法可以在不同程度上提高贵金属纳米颗粒的热稳定性,但是也都存在自身的一些缺陷,例如包埋方法在提高贵金属纳米颗粒热稳定性的同时也覆盖了催化剂的活性位,并极大增加了反应物和产物的扩散阻力。

华东理工大学化学学院詹望成副教授作为第一完成人,与美国橡树岭国家实验室戴胜教授合作,近期在高温稳定性贵金属纳米催化剂制备方面取得了突破性进展。近日,《美国化学会志》以“A Sacrificial Coating Strategy Toward Enhancement of Metal-Support Interaction for Ultrastable Au Nanocatalysts”为题在线报道了该研究成果。

研究者创新性地开发了一种合成条件非常温和的稳定贵金属纳米颗粒的控制方法,而且该方法不受载体和贵金属种类的限制,具有很广泛的适用性。对于某一特定的负载型贵金属纳米催化剂,首先将负载型贵金属纳米催化剂置于多巴胺室温聚合的反应体系中,在贵金属纳米颗粒和载体表面形成有机聚合物,然后在氮气气氛中焙烧将有机聚合物转变成炭层,该步骤有别于传统制备方法中采用的空气焙烧,在炭化过程中可有效增加贵金属颗粒与载体之间的相互作用(接触性增强以及产生电子转移),从而使得在后续高温空气焙烧过程中,贵金属纳米颗粒的烧结得到极大地抑制。同时,包覆在TiO2载体表面的炭层可有效提高载体的热稳定性,从而进一步抑制了载体和贵金属颗粒之间的界面重构。最终,导致贵金属催化剂在高温热焙烧后仍能保持较高的CO氧化和丙烯催化燃烧反应活性,而没有经过炭化热处理的催化剂在两个反应中的活性急剧下降。

该工作得到了国家重点研发计划、国家重大科学研究计划以及上海高校教师培养计划等项目的资助。

论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b10472

(据华东理工大学)

原创文章,如若转载,请注明出处。

相关文章

  • 三维铜纳米线组装体提升锂金属负极循环稳定性

    锂金属由于极高的容量(3860 mA h g-1)和最负的电势(3.040 V vs.标准氢电极),一直被认为是最理想的锂电池负极材料。早在20世纪70年代,锂金属一次电池由于其高能量密度已被广泛应用于可植入医疗设备、航天航空…

    2016-07-16
  • 黑磷纳米薄片促进肿瘤治疗

    黑磷是一种有金属光泽的晶体,是磷的同素异形体中密度最大、热力学最稳定以及性质最不活泼的一种。它是高聚的不溶性固体。它是用白磷在很高压强(12000大气压)和较高温度下转化而形成的[1]。 在黑磷二维材料的生物医…

    2016-12-02
  • 利用纳米技术治疗癌症

    恶性肿瘤最大的危害来自于体内扩散,摧毁肺脏、肝脏等重要器官,导致组织功能衰竭,造成病人死亡。对于已转移的肿瘤,目前医学界尚没有良好的治疗方法。化疗是一种最常规的治疗手段,但其治愈率普遍不高,并且往往…

    2016-03-20
  • “纳米航母”将促进有效抗肿瘤

    近日,中国科学技术大学教授王均课题组与美国Emory大学教授聂书明课题组合作,发明了一种微型“纳米航母”药物递送体系,实现更加精准有效的抗肿瘤药物递送,研究成果发表在《美国科学院院刊》上。论文共同第一作者为…

    2016-04-06
  • 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
  • 双金属纳米结构实现了太阳能驱动有机合成性能的调控

    鉴于目前的能源危机,能耗需求是制约现代化工发展的重要因素之一。利用太阳能来驱动有机合成,有望替代传统的热催化技术,从而实现低能耗的化工生产。在该技术途径中,将太阳能转化储存为化学能,为缓解当前的能源…

    2016-06-01