近日，中國科學院大連化學物理研究所院士李燦團隊與研究員黃家輝團隊合作，采用自主發(fā)展的等離激元輔助光沉積策略（J. Am. Chem. Soc.，2017），在Au-TiO2界面處選擇性沉積惰性的鉛氧化物，從而封堵高活性的Au-TiO2界面位點，將反應(yīng)活性中心從非選擇性的界面區(qū)域轉(zhuǎn)移到高CO選擇性氧化的金屬表面區(qū)域，最終實現(xiàn)優(yōu)異的CO-PROX催化反應(yīng)性能。
金納米催化劑具有優(yōu)異的低溫CO氧化活性和較弱的H2活化能力，因而在CO-PROX反應(yīng)中備受關(guān)注。但是，在過量H2及高溫條件下，難以避免CO和H2的競爭氧化，如何在拓寬反應(yīng)溫度窗口的同時，提高CO2選擇性是金催化CO-PROX反應(yīng)的挑戰(zhàn)之一。
催化劑的結(jié)構(gòu)特征和催化性能
針對該問題，合作團隊采用了“以堵導(dǎo)疏”的策略，利用Au納米粒子的等離激元效應(yīng)，選擇性光沉積惰性鉛氧化物，修飾Au/TiO2催化劑的界面。經(jīng)過界面修飾以后，in-situ CO-DRIFTS顯示Au-TiO2界面氧的活性明顯降低，極大地抑制了H2的解離活化（H2-D2交換反應(yīng)）及氧化反應(yīng)的活性。在160oC、3vol% CO、3% O2、22vol% CO2、40% H2、N2平衡的苛刻條件下，界面修飾的Au/TiO2催化劑顯示出較高CO轉(zhuǎn)化率和催化劑穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)了優(yōu)異的CO-PROX反應(yīng)催化性能。本工作為探究高性能選擇性氧化催化劑提供了新思路，并對負載型催化劑不同活性位點差異和調(diào)控提供了新的認識。
該研究工作由我所503組與DNL0809歷時三年多時間通力合作完成，將光催化領(lǐng)域的認識及催化劑制備方法成功應(yīng)用于熱催化研究中，有效促進了不同研究領(lǐng)域之間的交叉融合。
相關(guān)工作于近日以題為“Blocking the Non-selective Sites through Surface Plasmon-induced Deposition of Metal Oxide on Au/TiO2 for CO-PROX Reaction”發(fā)表在Chem Catalysis上，并獲得國家發(fā)明專利（專利號：CN 110961103 B）。該工作的共同第一作者博士研究生洪峰和助理研究員王升揚。該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、中科院A類先導(dǎo)專項“變革性潔凈能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”等項目的支持。
