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我所发现室温水促金属纳米颗粒自发氧化分散现象

2024.4.20

近日，我所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究中心（502组群）傅强研究员团队在金属纳米催化剂的动态分散研究方面取得新进展，发现含水氧化性气氛可以诱导担载Cu纳米颗粒在室温下的自发氧化分散。

气氛诱导催化剂动态分散是多相催化中的一个重要现象，近年来傅强团队在该方向取得系列进展，发现反应气氛可以诱导动态生成高分散单原子、纳米团簇和单层等结构，并呈现出增强的催化性能（J. Am. Chem. Soc.，2018；Nat. Commun.，2021；Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.，2022；ACS Catal.，2023；J. Am. Chem. Soc.，2024）。

本工作中，研究人员发现负载在γ-Al2O3表面上的Cu纳米颗粒在室温和含水氧化气氛中可以自发分散。研究表明，O2和H2O共同诱导形成羟基化的Cu中间物种，加快Cu原子在γ-Al2O3表面上的扩散。另一方面，氧化物载体表面包括γ-Al2O3、SiO2、CeO2等在含水气氛中可以羟基化，形成的表面OH基团捕获迁移的Cu物种。此外，研究还发现H2O的引入所产生的“推”（迁移）和“拉”（锚定）效应促进了Cu物种在室温下从纳米颗粒到单原子的结构转变，进而增强了其在逆水煤气变换（RWGS）和一氧化碳选择氧化（CO-PROX）反应中的催化活性。本研究证明了H2O在负载型金属纳米催化剂动态结构演变中的重要作用，同时发展了一种温和条件实现烧结催化剂再分散的简易策略。

相关研究成果以“Water-assisted oxidative redispersion of Cu particles through formation of Cu hydroxide at room temperature”为题，于近日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。该成果的共同第一作者是我所521组博士研究生范雅梅和博士后李荣坦。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院碳中和光子科学中心等项目的资助。（文/图范雅梅、李荣坦）

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47397-z

DICP科普一下∣催化剂动态分散

as.cn/xwdt/kyjz/202404/t20240417_7103953.html

本工作中，研究人员发现负载在γ-Al₂O₃表面上的Cu纳米颗粒在室温和含水氧化气氛中可以自发分散。研究表明，O₂和H₂O共同诱导形成羟基化的Cu中间物种，加快Cu原子在γ-Al₂O₃表面上的扩散。另一方面，氧化物载体表面包括γ-Al₂O₃、SiO₂、CeO₂等在含水气氛中可以羟基化，形成的表面OH基团捕获迁移的Cu物种。此外，研究还发现H₂O的引入所产生的“推”（迁移）和“拉”（锚定）效应促进了Cu物种在室温下从纳米颗粒到单原子的结构转变，进而增强了其在逆水煤气变换（RWGS）和一氧化碳选择氧化（CO-PROX）反应中的催化活性。本研究证明了H₂O在负载型金属纳米催化剂动态结构演变中的重要作用，同时发展了一种温和条件实现烧结催化剂再分散的简易策略。