催化活性位點(diǎn)分辨的納米晶模型催化體系研究取得重要進(jìn)展
我院黃偉新教授與張文華副教授合作研究，在催化活性位點(diǎn)分辨的納米晶模型催化體系研究取得重要進(jìn)展， 揭示了立方體Cu2O納米晶催化CO氧化反應(yīng)體系中尺寸依賴的納米晶面位和邊位對(duì)催化活性的貢獻(xiàn)。研究結(jié)果以“Site-resolved Cu2O catalysis in CO oxidation”為題，作為“hot paper”發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed. 58 (2019) 4276-4280。
負(fù)載型納米顆粒催化劑通常暴露不同種類的表面位點(diǎn)，辨別每種表面位點(diǎn)催化性能及其對(duì)催化劑活性的貢獻(xiàn)是多相催化基礎(chǔ)研究的挑戰(zhàn)性工作。黃偉新教授獨(dú)立提出以結(jié)構(gòu)均一氧化物納米晶為模型催化劑，在盡可能接近真實(shí)催化反應(yīng)條件下研究工作催化劑的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系和催化作用機(jī)制（Acc. Chem. Res. 49 (2016) 520）。在前期研究工作中，發(fā)展了基于暴露不同晶面Cu2O納米晶模型催化劑的策略系統(tǒng)闡述了晶面對(duì)氧化物催化性能的影響（Angew. Chem. Int. Ed. 50 (2011) 12294；Angew. Chem. Int. Ed. 53 (2014) 4856；Nat. Commun. 8 (2017) 488）。在本工作中，進(jìn)一步發(fā)展了基于同一形貌、不同尺寸的立方體Cu2O納米晶模型催化劑策略實(shí)現(xiàn)了納米晶面位和邊位分辨的氧化物催化作用研究。合成了尺寸均一、從~1029 nm到~34 nm的系列立方體Cu2O納米晶，觀察到隨尺寸減小，邊位密度增加并表現(xiàn)出可觀察得到的吸附行為。在富氧條件的CO氧化反應(yīng)中，立方體Cu2O納米晶表面重構(gòu)形成CuO薄膜，其催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)，包括表觀活化能、對(duì)CO/O2的反應(yīng)級(jí)數(shù)和表觀指前因子，表現(xiàn)出顯著的尺寸依賴性，給出明確的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明對(duì)催化活性起主要貢獻(xiàn)的表面位點(diǎn)從大尺寸立方體Cu2O納米晶的面位轉(zhuǎn)變?yōu)樾〕叽缌⒎襟wCu2O納米晶的邊位（下圖）。張文華副教授的合作理論計(jì)算結(jié)果支持了模型催化劑面位和邊位不同的本征催化活性和催化反應(yīng)機(jī)理，并且基于理論計(jì)算催化反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)的宏觀動(dòng)力學(xué)與實(shí)驗(yàn)測定的宏觀動(dòng)力學(xué)相一致。該研究結(jié)果揭示了納米顆粒不同表面位點(diǎn)的本征催化活性和表面位點(diǎn)密度共同決定了其對(duì)催化劑催化活性的貢獻(xiàn)，對(duì)于理解復(fù)雜催化反應(yīng)體系具有重要指導(dǎo)意義。
該論文通訊作者是黃偉新教授，第一作者是化學(xué)物理系已畢業(yè)博士生張振華。研究得到了科技部國家重大科學(xué)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、教育部長江特聘教授項(xiàng)目和蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201814258
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