負(fù)載型雙金屬納米催化劑是多相催化領(lǐng)域中一類重要催化劑,廣泛應(yīng)用于電化學(xué)、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、精細(xì)化工等各種催化過(guò)程。浸漬法是制備負(fù)載型金屬催化劑最常用的方法,雖操作簡(jiǎn)單但可控性差,得到的雙金屬納米粒子尺寸較大、粒徑分布廣、合金程度低,可能導(dǎo)致催化性能差,金屬利用率低。液相中的種晶生長(zhǎng)法可實(shí)現(xiàn)對(duì)雙金屬納米粒子尺寸、形貌和組成的精確調(diào)控,但通過(guò)膠體沉積的方法將其負(fù)載到載體上時(shí),通常會(huì)出現(xiàn)金屬納米顆粒分布不均勻,部分區(qū)域團(tuán)聚的現(xiàn)象,且金屬納米粒子與載體間的相互作用較弱,也導(dǎo)致催化劑的穩(wěn)定性差。
近日,中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究員王光輝、江河清,大連化學(xué)物理研究所研究員劉健等開發(fā)出一種通用型的納米反應(yīng)器策略合成Pd基雙金屬催化劑。此策略將液相中的種晶生長(zhǎng)法成功運(yùn)用到固相中——通過(guò)化學(xué)配位作用將Pd納米簇種晶和第二元金屬前驅(qū)體均勻地引入固相載體,在還原過(guò)程中實(shí)現(xiàn)雙金屬的固相種晶生長(zhǎng),最終獲得雙金屬納米粒子尺寸、組成可控同時(shí)負(fù)載均勻的雙金屬催化劑。策略操作簡(jiǎn)易過(guò)程簡(jiǎn)單,易于放大,可以合成多種Pd基雙金屬納米催化劑(尺寸范圍2~3 nm),包括PdAu、PdRu、PdCo、PdNi、PdZn、PdAg、PdCu等雙金屬納米催化劑。進(jìn)一步研究表明,與相應(yīng)的單金屬相比,Pd1Au1/4雙金屬催化劑在甲酸分解產(chǎn)氫中顯示出增強(qiáng)的催化性能,證明了Pd和Au之間的協(xié)同效應(yīng)。此外,該策略得到的催化劑載體具有珊瑚狀結(jié)構(gòu),易于成型;成型后的催化劑對(duì)甲酸分解產(chǎn)氫仍具有良好的活性,TOF值可達(dá)3684 h-1,重復(fù)使用五次催化活性沒(méi)有明顯變化。該研究工作為負(fù)載型雙金屬催化劑的設(shè)計(jì)和制備提供了一種新的策略。
相關(guān)成果發(fā)表在Materials Today上,第一作者為青島能源所博士田正斌。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金,中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等項(xiàng)目資助。
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