大連化物所高分散金屬催化劑研究取得新進展

　　中國科學院大連化學物理研究所研究員王曉東和中國科學院院士張濤領導的研究團隊長期致力于高分散金屬催化劑的研究與開發(fā)，近期取得新進展，首次制備出TiO2負載的亞納米Rh催化劑并發(fā)現(xiàn)該催化劑能夠在-50oC實現(xiàn)CO的完全氧化，首次實現(xiàn)了鉑族金屬在超低溫下CO的催化氧化。該工作獲得審稿人的一致高度評價，被認為是里程碑式的工作，以VIP（top 5%）形式發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.上，并被推薦為后封面文章。

　　負載型金屬催化劑的高分散不僅僅能夠提高金屬的利用效率，而且能夠改變反應物的吸附與反應行為。金屬催化劑上CO氧化在工業(yè)氫源凈化、汽車尾氣凈化和環(huán)境污染物消除等方面具有重要的應用價值，同時作為典型的探針反應往往能夠有助于了解催化劑結構與性能的關聯(lián)。在CO氧化領域，鉑族金屬（Pt, Ir, Ru, Rh, Pd）作為研究對象已有100多年，人們發(fā)現(xiàn)鉑族金屬表面較強的CO吸附嚴重阻礙了O2的吸附與活化，導致其CO氧化工作溫度通常在100oC以上。

　　研究團隊發(fā)現(xiàn)當鉑族金屬以亞納米團簇形式高度分散時，其CO氧化活性較傳統(tǒng)催化劑有明顯的提高（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 2920; J. Catal. 2014, 319, 142; ChemCatChem 2014, 6, 547; Appl. Catal. B 2016, 184, 299），但實現(xiàn)室溫乃至更低溫條件下CO的完全氧化仍極具挑戰(zhàn)。在前期研究基礎上，該研究成功合成出Rh粒子尺寸為0.4-0.8 nm的Rh/TiO2催化劑，發(fā)現(xiàn)該催化劑在-100oC的超低溫條件下能實現(xiàn)CO的催化氧化，與公認的高活性標準Au催化劑活性相當。原位紅外、EPR等表征結合DFT計算揭示了催化劑上超低溫CO氧化機理：O2在亞納米Rh和TiO2界面處以超氧形式（Rh-O-O-Ti）得到活化，并與TiO2上的弱吸附CO發(fā)生反應。該研究不僅有助于人們重新認識鉑族金屬催化劑上CO氧化行為，而且為高活性貴金屬催化劑的研制與應用提供了新思路。

　　上述研究工作得到國家自然科學基金委的資助。