《原子級精細合成負載型貴金屬小團簇催化劑的研究》是依託中國科學技術大學，由路軍嶺擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：原子級精細合成負載型貴金屬小團簇催化劑的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：路軍嶺
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
負載型貴金屬催化劑在許多工業反應中有著廣泛的套用。人們通過浸漬和沉澱等方法，調控金屬顆粒的尺寸、成分和結構，理解催化活性與這些微觀結構的關係，進而設計出催化性能更佳的催化劑。然而，實現原子層面的精細可控合成，至今仍是一個巨大的科學挑戰。本項目擬利用原子層沉積(ALD)的技術優勢——原子級精確可控，嘗試在原子層面精細合成以Pt、Pd 為代表的單金屬和雙金屬小團簇（原子個數少於10）負載型催化劑。通過採用原子分辨球差矯正掃描透射電鏡、X-射線光電子能譜和擴展X 射線吸收精細結構譜等技術，重點研究：（1）負載型Pt、Pd 單原子及單金屬小團簇催化劑的精細可控合成； （2）負載型PtPd 雙金屬小團簇催化劑的原子級精細設計與調控；（3）金屬小團簇所包含的原子數和成分與其催化活性的關係。深入探索ALD 技術在原子層面精細調控金屬小團簇的原子數、成分和結構的可行性，為未來設計與合成新型高效催化劑提供新思路。
結題摘要
金屬小團簇催化劑由於其高原子利用率和新奇的催化性能已成為近些年的一個研究熱點。然而至今還未一種有效方法可以在粉末載體上實現金屬小團簇的原子個數和成分的原子級精細調控，例如雙原子、三原子等金屬小團簇。通過該項目的實施，我們成功探索出利用ALD氣相方法製備Pd1、Pt1等單原子催化劑的規律，並首次實現了Pt2、Pt1Ni1、Cu1Ni1等雙原子催化劑的“自下而上”精準製備。取得的研究成果如下： 1. 通過精確調控載體表面上成核位類型/數量以及降低溫度的策略，成功製備出Pd1/graphene和Pd1/C3N4兩種Pd1單原子催化劑。在1,3丁二烯選和乙炔選擇性加氫反應中，它們均表現出了優異的選擇性和抗積炭性能和一定的工業套用前景。並且發現其催化活性與其緊鄰原子和Pd的電子價態存在密切關係。 2. 通過利用“低溫選擇性沉積”策略，首次實現Pt2、Pt1Ni1等雙原子催化劑的“自下而上”精準製備。在氨硼烷放氫反應中，Pt2、Pt1Ni1雙原子催化劑均表現出優異的催化活性，分別是Pt1單原子催化劑的9倍和17倍，顯示金屬小團簇催化活能對其原子個數的強依賴性。此外，我們還發現催化劑載體對Pt1單原子的催化活性也有顯著影響。 3. 通過降低沉積溫度，成功製備出Pt1/CeO2單原子催化劑。發現CeO2載體表面缺陷、Pt負載量、近臨微環境配位數都會顯著影響其CO氧化活性和穩定性。 4. 首次設計出具有高活性的Fe1(OH)x-Pt單位點界面新型催化劑結構。在富氫氛圍下CO選擇性氧化反應中，該新型催化劑首次在198K至380K的超寬溫度區間，成功實現了100%選擇性地CO完全去除。為氫燃料電池在寒冷條件下，頻繁冷啟動和連續運行期間避免CO中毒，提供了一種全方位的有效保護手段，從而為未來氫燃料電池汽車的推廣，掃清了一重大障礙，表現出了較好的套用前景。 通過該項目的實施，申請人以通訊作者發表SCI論文19篇，其中Nature 1篇、JACS 1篇、Nat. Commun. 1篇、Science Adv. 1篇、ACS Catal. 3篇、J. Catal. 3篇，超額完成了最初預定5-10篇論文目標的要求。多原子金屬小團簇“自下而上”的成功製備，為將來設計高性能金屬小團簇催化劑奠提供了一新思路。
