單原子分散貴金屬催化劑的光化學合成新策略

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單原子分散貴金屬催化劑的光化學合成新策略

如何提高貴金屬催化劑的原子利用率和反應活性是貴金屬催化研究中的核心問題．理論上,貴金屬分散的極限是以單原子的形式擔載在載體上,使每個原子都能成為反應的活性中心,從而實現100%原子利用率．但由于單原子的表面能很高,極易團聚,導致目前制備的單原子分散催化劑中金屬的負載量一般都低于0.5%(質量分數),限制了其工業應用．

鄭南峰、傅鋼等課題組與校內外多個課題組密切合作,采用乙二醇修飾的超薄二氧化鈦納米片作為載體,應用光化學輔助的方法,成功地制備了鈀負載量高達1.5%(質量分數)的單原子分散鈀催化劑[1]．他們發現在溫和條件下實現前驅體氯鈀酸上氯離子的高效脫除是制備高負載量、高穩定性單原子分散催化劑的關鍵．結合球差矯正高分辨透射電鏡、X射線吸收光譜等先進表征手段和密度泛函理論計算,他們證實了紫外光照的作用在于將表面乙二醇基激發生成乙二醇自由基,后者不僅有利于鈀上氯離子的脫除,還可通過Pd—O鍵將鈀原子錨定在載體上,形成了獨特的“鈀-乙二醇-二氧化鈦”的界面．令人驚異的是,所合成的鈀催化劑在碳碳雙鍵的催化加氫反應中不僅展示出高穩定性,而且活性是鈀納米顆粒的9倍以上(以單位表面原子計算)(如圖1所示)．理論計算表明,氫氣在單原子分散鈀催化劑上采用了界面異裂活化方式,同時生成了Pd—H和……