近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化與新材料研究室楊冰副研究員和催化基礎(chǔ)國家重點實驗室李杲研究員，以及大連理工大學(xué)周思研究員等合作，發(fā)展了載體晶相調(diào)控Pt/TiO2動態(tài)結(jié)構(gòu)演變的新方法，成功實現(xiàn)對活性金屬分散度、幾何結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制，以及對反應(yīng)性能的定向優(yōu)化。
金屬催化劑在氣氛環(huán)境中動態(tài)結(jié)構(gòu)演變的識別與調(diào)控，是揭示催化劑真實活性結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)催化劑精準(zhǔn)創(chuàng)制的關(guān)鍵。楊冰等長期致力于氣氛誘導(dǎo)金屬催化劑動態(tài)演化與原位電子顯微識別（Nat. Commun.，2021；Nat. Catal.，2020；ACS Sustain. Chem. Eng.，2019；Appl. Catal. B，2018），并揭示了“氣氛-金屬-載體”三相界面的關(guān)鍵作用。
大連化物所實現(xiàn)活性金屬鉑動態(tài)結(jié)構(gòu)和催化性能的調(diào)控
在此基礎(chǔ)上，本工作利用1nm的Pt/TiO2催化劑，通過改變載體的晶相，調(diào)變Pt納米顆粒在氧氣焙燒過程中的動態(tài)演化行為。原位ETEM/ESTEM結(jié)果表明，具有相同初始尺寸的Pt納米顆粒，可以在銳鈦礦型TiO2上動態(tài)分散，形成孤立的單原子位點；而在金紅石型TiO2上則發(fā)生幾何形變，產(chǎn)生只有2至3個原子層厚度的二維納米島。這兩種動態(tài)演化行為導(dǎo)致了完全相反的催化反應(yīng)活性：分散后的Pt單原子催化劑更有利于高活性苯乙炔選擇加氫，而二維納米顆粒則具有更高的甲烷氧化活性。本工作揭示了載體晶相對Pt/TiO2催化劑動態(tài)行為及反應(yīng)活性的定向調(diào)控作用，進一步發(fā)展了基于“動態(tài)調(diào)控策略”的金屬催化劑精準(zhǔn)創(chuàng)制新方法。
相關(guān)工作以“Crystal-Phase-Mediated Restructuring of Pt on TiO2 with Tunable Reactivity: Redispersion versus Reshaping”為題，于近日發(fā)表在ACS Catalysis上，該工作的共同第一作者是大連化物所博士研究生張曉奔和501組李志敏博士，大連理工大學(xué)博士研究生裴瑋。該工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃、大連化物所創(chuàng)新基金、遼寧省興遼英才計劃等項目的支持。
