負載型雙金屬納米催化劑是多相催化領(lǐng)域中一類重要的催化劑，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、精細化工等各種催化過程。浸漬法是制備負載型金屬催化劑最常用的方法，該方法操作簡單，但可控性差，得到的雙金屬納米粒子尺寸較大、粒徑分布廣、合金程度低，從而導(dǎo)致催化性能差，金屬利用率低等。液相中的種晶生長法可以實現(xiàn)對雙金屬納米粒子尺寸、形貌和組成的精確調(diào)控，但是，通過膠體沉積的方法將其負載到載體上時，通常會出現(xiàn)金屬納米顆粒分布不均勻，部分區(qū)域團聚的現(xiàn)象，并且金屬納米粒子與載體間的相互作用較弱，也導(dǎo)致催化劑的穩(wěn)定性差。因此，開發(fā)新的合成策略實現(xiàn)負載型雙金屬催化劑的高效、可控制備是非常必要的。
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員劉健團隊與中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員王光輝、研究員江河清團隊合作，開發(fā)了一種通用型的納米反應(yīng)器策略合成Pd基雙金屬催化劑。該策略將液相中的種晶生長法成功運用到固相中——通過化學(xué)配位作用將Pd納米簇種晶和第二元金屬前驅(qū)體均勻地引入到固相載體中，在還原過程中實現(xiàn)雙金屬的固相種晶生長，最終獲得雙金屬納米粒子尺寸及組成可控、負載均勻的雙金屬催化劑。該策略操作簡易、過程簡單、易于放大，可以合成多種Pd基雙金屬納米催化劑（尺寸范圍2~3 nm），包括PdAu、PdRu、PdCo、PdNi、PdZn、PdAg、PdCu等雙金屬納米催化劑。進一步研究表明，與相應(yīng)的單金屬相比，Pd1Au1/4雙金屬催化劑在甲酸分解產(chǎn)氫中顯示出增強的催化性能，證明了Pd和Au之間的協(xié)同效應(yīng)。此外，該策略得到的催化劑載體具有珊瑚狀結(jié)構(gòu)，易于成型；成型后的催化劑對甲酸分解產(chǎn)氫仍具有良好的活性，TOF值可達3684/h，重復(fù)使用五次催化活性沒有明顯變化。該研究工作為負載型雙金屬催化劑的設(shè)計和制備提供了一種新的策略。
上述工作發(fā)表在Materials Today雜志上。該工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金、青能所所內(nèi)合作基金等項目的資助。
