大連化物所高分散金屬催化劑研究取得新進(jìn)展

　　中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員王曉東和中國(guó)科學(xué)院院士張濤領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于高分散金屬催化劑的研究與開(kāi)發(fā)，近期取得新進(jìn)展，首次制備出TiO2負(fù)載的亞納米R(shí)h催化劑并發(fā)現(xiàn)該催化劑能夠在-50oC實(shí)現(xiàn)CO的完全氧化，首次實(shí)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(píng)價(jià)，被認(rèn)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(fù)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(yīng)物的吸附與反應(yīng)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(yīng)用價(jià)值，同時(shí)作為典型的探針?lè)磻?yīng)往往能夠有助于了解催化劑結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)聯(lián)。在CO氧化領(lǐng)域，鉑族金屬（Pt, Ir, Ru, Rh, Pd）作為研究對(duì)象已有100多年，人們發(fā)現(xiàn)鉑族金屬表面較強(qiáng)的CO吸附嚴(yán)重阻礙了O2的吸附與活化，導(dǎo)致其CO氧化工作溫度通常在100oC以上。

　　研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉑族金屬以亞納米團(tuán)簇形式高度分散時(shí)，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(shí)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(chǔ)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(shí)現(xiàn)CO的催化氧化，與公認(rèn)的高活性標(biāo)準(zhǔn)Au催化劑活性相當(dāng)。原位紅外、EPR等表征結(jié)合DFT計(jì)算揭示了催化劑上超低溫CO氧化機(jī)理：O2在亞納米R(shí)h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(yīng)。該研究不僅有助于人們重新認(rèn)識(shí)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(yīng)用提供了新思路。

　　上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。