同步輻射研究高溫氧化對金屬-載體相互作用的影響

賀文雪 李紅梅 陳 煒 潘 亞 徐劉鑫 孫治湖 韋世強

（中國科學技術大學國家同步輻射實驗室 合肥230029）

目前，負載型金屬催化劑已廣泛應用于化學工業用品、清潔燃料和藥物的生產，空氣中污染物的去除、太陽能的利用［1-4］。對于許多重要的催化反應來說，昂貴的鉑族貴金屬催化劑必不可少，而且到目前為止是不可替代的。為了更好地利用貴金屬，通常情況下將貴金屬高分散（即團簇和單個原子）地負載在載體上，而且大多數分散的位點能夠提升催化性能。不幸的是，在反應環境中，高分散的金屬往往會隨著時間的推移發生燒結，導致催化劑壽命的縮短［5-6］。耐燒結催化劑概念已經被提出，并有了許多實例，包括利用金屬和載體之間的相互作用（Metal-Support Interaction，MSI）［7-10］、將金屬限域在介孔載體中［11-13］、在沸石晶體中固定金屬顆粒［14-17］等。其中，MSI 用于穩定負載型金屬納米催化劑具有以下優點：（1）方法簡單，可在樣品制備時用氧化/還原/惰性氣氛下高溫處理獲得；（2）有多種金屬和載體可供選擇；（3）可調節催化劑的電子性能；（4）存在大量的金屬-氧化物活性界面。

MSI 由于能夠提高催化劑的活性和穩定性，一直是催化研究的熱點［18-19］。MSI在負載型單原子/團簇/顆粒催化劑上已經被發現具有多種表現形式，如金屬- 載體強相互作用（Strong Metal-Support Interaction，SMSI）［20-22］、氧化金屬-載體相互作用（Oxidative strong Metal-Support Interaction，OMSI）［23-24］、共 價 金 屬-載 體 相 互 作 用（Covalent Metal-Support Interaction，CMSI）［25-26］、形成合金［27-28］等。2016年，Moliner報道將Pt團簇（～1 nm）負載在CHA 分子篩中，這些Pt 納米粒子具有顯著的穩定性：它們在650 ℃的H2和蒸汽中保持1 nm 的尺寸。有趣的是，在高溫氧化-還原循環過程中，Pt 物種可發生顆粒和單原子之間的可逆轉變［5］。……