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铂单原子催化剂研究取得重要进展
时间 : 2018-06-28     

近日,上海应用物理所上海光源材料与能源部的司锐研究员与中国科学技术大学曾杰教授、李震宇教授合作,利用同步辐射X射线吸收精细结构谱学技术,在铂单原子催化剂“构效关系”研究方面取得重要进展,相关研究成果发表在化学类国际权威期刊《纳米通讯》(Nano Lett., 2018,18, 3785-3791)上。 

负载型单原子催化剂的特点是活性组分含量极低(<1 wt.%)、且无完整晶体结构,常规表征手段往往不适用。X射线吸收精细结构谱学(XAFS)技术因其元素敏感特性,可有效的探测低含量组分的非有序配位结构。在化学制备过程中,溶液相控制合成方法可有效的将金属镍(Ni)纳米晶上的部分Ni0原子替换为Pt0原子,所得Pt1/Ni催化剂对于硝基化合物选择性加氢反应具有高活性与选择性。通过高角环形暗场相扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)照片(图A)及其高倍数球差校正后的图像(图B),可以从微区上确定Ni纳米晶表面存在替换Ni位点的Pt单原子。司锐研究员利用XAFS技术,首先从X射线吸收近边谱图(XANES)上分析证实了Pt元素为0价(类似金属Pt)、并无离子态Ptd+成分存在(图C);再通过扩展X射线吸收精细结构谱图(EXAFS)拟合确认了样品中只存在Pt-Ni键、无Pt-Pt键(图D)。所以,Pt是以单原子形式存在的,且每个Pt原子均只与Ni原子配位。上述结论对于合理计算选择性加氢反应的效率至关重要,也为Pt-Ni金属-金属键相互作用是催化活性物种提供了可靠的实验证据。    

与XAFS相关的研究得到了国家自然科学基金(21373259)、中科院百人计划、中科院战略性先导纳米专项(XDA09030102)的共同支持,相关测试实验在上海光源BL14W1线站上完成。

 

Pt1/Ni的HAADF-STEM照片(a)及其轮廓分析(b)、XANES谱图(c)和EXAFS谱图(d)   
  
  
(上海光源提供)