表面改性碳納米管作為催化劑載體是催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，碳納米管表面引入的官能團(tuán)或雜原子可以調(diào)控其與負(fù)載金屬組分間的相互作用，從而影響催化劑對(duì)底物的吸脫附，實(shí)現(xiàn)催化反應(yīng)過(guò)程的高選擇性。對(duì)含有各種取代基的芳香硝基化合物選擇加氫制備相應(yīng)的芳胺是精細(xì)化工領(lǐng)域最重要的反應(yīng)之一，這些芳胺類化合物在農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料及高分子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。但當(dāng)反應(yīng)物分子中含有C-X (X=Cl、Br、I)、CH=O、-C=O和C≡N等易還原基團(tuán)時(shí)，選擇性還原硝基而保留其它官能團(tuán)對(duì)于傳統(tǒng)的商業(yè)Pt/C催化劑仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
近日，金屬所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室催化材料研究部張炳森研究員、蘇黨生研究員所帶團(tuán)隊(duì)在鉑-碳相互作用調(diào)節(jié)在硝基類還原反應(yīng)中的構(gòu)效關(guān)系研究取得新進(jìn)展，研究表明碳納米管表面氮物種的引入不僅可以增強(qiáng)鉑納米粒子的分散性和穩(wěn)定性，同時(shí)兩者之間的電子相互作用也影響了鉑納米粒子的電子結(jié)構(gòu)，使其在鹵代硝基苯的還原反應(yīng)中具有優(yōu)異的選擇性。
研究團(tuán)隊(duì)石文博士生在張炳森研究員和蘇黨生研究員的指導(dǎo)下，通過(guò)乙二醇還原方法制備了系列高分散的碳納米管負(fù)載鉑（Pt/CNTs）催化劑，通過(guò)在碳納米管表面引入不同的官能團(tuán)或雜原子，調(diào)控其與金屬鉑納米粒子間的相互作用，以硝基類化合物的選擇性加氫為探針?lè)磻?yīng)研究其構(gòu)效關(guān)系。同時(shí)，首次在液相反應(yīng)中利用相同位置-電子顯微學(xué)方法（Identical Location-Transmission Electron Microscopy, IL-TEM）研究了反應(yīng)條件下相同位置催化劑的結(jié)構(gòu)演變過(guò)程，直觀證明了氮物種的引入對(duì)負(fù)載的鉑納米顆粒的穩(wěn)定性起重要作用。相關(guān)研究成果發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)期刊ACS Catalysis (IF=9.307)上，文章鏈接如下：（http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.6b02207）。
近年來(lái)，該課題組在碳材料負(fù)載金屬納米粒子催化劑研究方面做了系列工作（Chem Commun 2014, 50, 3856; ChemCatChem 2014, 6, 2607; Chem Commun 2016, 52, 3927），并以綜述文章詳述該領(lǐng)域成果及發(fā)展（Chem Rev 2015, 115, 2818; ChemCatChem 2015, 7, 3639），為負(fù)載型催化劑研究提供重要參考依據(jù)。研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目、遼寧省自然科學(xué)基金-沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開(kāi)放基金的支持。
圖1：“相同位置-電子顯微學(xué)”（IL-TEM）方法在液相反應(yīng)體系中的應(yīng)用示意圖（左）；高分散鉑納米粒子負(fù)載于表面改性碳納米管及其在硝基類還原反應(yīng)中的構(gòu)效關(guān)系示意圖（右）
