我所开发出纳米反应器策略合成负载型双金属催化剂

  负载型双金属纳米催化剂是多相催化领域中一类重要的催化剂,被广泛应用于电化学、生物质转化、精细化工等各种催化过程。浸渍法是制备负载型金属催化剂最常用的方法,该方法操作简单,但可控性差,得到的双金属纳米粒子尺寸较大、粒径分布广、合金程度低,从而导致催化性能差,金属利用率低等。液相中的种晶生长法可以实现对双金属纳米粒子尺寸、形貌和组成的精确调控,但是,通过胶体沉积的方法将其负载到载体上时,通常会出现金属纳米颗粒分布不均匀,部分区域团聚的现象,并且金属纳米粒子与载体间的相互作用较弱,也导致催化剂的稳定性差。因此,开发新的合成策略实现负载型双金属催化剂的高效、可控制备是非常必要的。

  近日,我所刘健研究员团队与中国科学院青岛生物能源与过程研究所王光辉研究员、江河清研究员团队合作,开发了一种通用型的纳米反应器策略合成Pd基双金属催化剂。该策略将液相中的种晶生长法成功运用到固相中——通过化学配位作用将Pd纳米簇种晶和第二元金属前驱体均匀地引入到固相载体中,在还原过程中实现双金属的固相种晶生长,最终获得双金属纳米粒子尺寸及组成可控、负载均匀的双金属催化剂。该策略操作简易、过程简单、易于放大,可以合成多种Pd基双金属纳米催化剂(尺寸范围2~3 nm),包括PdAu、PdRu、PdCo、PdNi、PdZn、PdAg、PdCu等双金属纳米催化剂。进一步研究表明,与相应的单金属相比,Pd1Au1/4双金属催化剂在甲酸分解产氢中显示出增强的催化性能,证明了Pd和Au之间的协同效应。此外,该策略得到的催化剂载体具有珊瑚状结构,易于成型;成型后的催化剂对甲酸分解产氢仍具有良好的活性,TOF值可达3684/h,重复使用五次催化活性没有明显变化。该研究工作为负载型双金属催化剂的设计和制备提供了一种新的策略。

  上述工作发表在Materials Today杂志上。该工作得到国家自然科学基金、中科院洁净能源创新研究院合作基金、青能所所内合作基金等项目的资助。(文/图 田正斌)

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