化學(xué)所在銠原子活化氧物種轉(zhuǎn)化惰性小分子研究中取得進(jìn)展

　　氧化鋁負(fù)載的痕量金屬銠可有效活化Al2O3中的晶格氧直接參與化學(xué)反應(yīng)，然而氧化鋁具有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，在溫和條件下，氧化鋁中的氧原子很難直接參與化學(xué)轉(zhuǎn)化。

　　為了認(rèn)識(shí)痕量金屬銠活化惰性晶格氧參與化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所科研人員使用自行研制的團(tuán)簇科學(xué)儀器，將單個(gè)Rh原子制備到氧化鋁團(tuán)簇上，在室溫條件下測(cè)定了一系列Rh-Al-O團(tuán)簇與CO和CH4等分子的反應(yīng)活性。發(fā)現(xiàn)一個(gè)九原子團(tuán)簇RhAl2O6+能連續(xù)氧化五個(gè)CO分子（圖1），該團(tuán)簇是迄今為止能氧化CO分子數(shù)目最多的異核金屬氧化物團(tuán)簇物種，研究結(jié)果發(fā)表于《自然-通訊》（Nat. Commun. 2016, 7, 11404）。

　　另外，RhAl3O4+團(tuán)簇可活化轉(zhuǎn)化CH4分子產(chǎn)生CO和H2（圖2），該團(tuán)簇也是首例將甲烷轉(zhuǎn)化為合成氣的異核金屬氧化物團(tuán)簇物種，研究結(jié)果發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12854）。機(jī)理研究表明，在兩個(gè)反應(yīng)中，Rh原子是關(guān)鍵的活性位點(diǎn)，它既捕獲反應(yīng)物分子又儲(chǔ)存晶格氧（O2-）參與反應(yīng)后釋放出的電子，反應(yīng)前后，Rh原子的化合價(jià)從陽(yáng)離子態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殛庪x子態(tài)。

　　該研究從分子水平上揭示了金屬銠活化氧物種轉(zhuǎn)化惰性小分子的本質(zhì)，工作得到了基金委和中科院等項(xiàng)目的資助。

圖1 九原子團(tuán)簇RhAl2O6+可連續(xù)氧化五個(gè)CO分子

　　圖2 團(tuán)簇離子RhAl3O4+可轉(zhuǎn)化CH4為H2和CO