合肥光源用户揭示“单中心近邻原子协同催化”新概念
时间 : 2018-05-29     
近日,合肥光源用户中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心和化学与材料科学学院曾杰教授研究团队,通过构筑高铂负载量的铂-硫化钼原子级分散催化剂,揭示出单中心近邻原子协同催化作用机制,且该协同作用是通过近邻金属原子之间的配位硫原子体现出来的。该成果以“Synergetic interaction between neighbouring platinum monomers in CO2 hydrogenation”为题,作为封面文章发表在最新一期《自然·纳米技术》杂志上(Nature Nanotechnology, 2018, 13, 411-417)。
该工作首次提出了单中心近邻原子协同催化这一新概念,突破了人们对单原子之间互不干扰的传统认识。研究发现近邻单原子之间的协同作用是通过其配位原子体现出来的。该发现将人们的视线从单纯对单原子的研究,延伸到对单原子的配位原子的研究,为单原子催化开辟了新的研究方向。
在其研究过程中,曾杰教授团队利用合肥光源光电子能谱实验站BL10B)的高温高压反应装置开展了准原位XPS测试,研究了不同类型的单原子在二氧化碳加氢中的反应机理,发现近邻铂原子(铂--铂)之间的配位硫原子能够解离氢气,并且作为反应物和中间产物的吸附位点。在孤立铂单原子上,二氧化碳不经历甲酸中间体而直接转化为甲醇;相反,近邻铂单原子会协同催化二氧化碳加氢反应,改变反应路径,使二氧化碳先转化为甲酸,甲酸进一步加氢生成甲醇。
 

 

  合肥光源光电子能谱实验站是一个具有多元表征功能的高真空原位平台,光子能量覆盖范围60eV~1000eV,配备了VG Scienta R3000电子能量分析器,可以开展同步辐射光电子能谱(SRPES)、同步辐射近边吸收谱(NEXAFS)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外光电子能谱(UPS)等一系列测试,同时,可以对材料进行蒸镀、氩刻等原位制备和处理。此外,该实验站配备了高温高压反应装置,可以实现样品在不同气氛(CO2H2CH4等)、不同温度(200K-900K)以及不同压力(UHV-10atm)下的原位反应,可对催化剂经原位反应前后的表面结构变化、表面吸附态物种和催化机理等相关信息进行系统研究,为开展纳米材料以及催化体系的电子结构和催化反应机理研究等提供一个强大的研究平台。 

  全文链接:http://www.nature.com/articles/s41565-018-0089-z