【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所能源研究技術(shù)平臺研究員劉岳峰等，聯(lián)合山西煤炭化學(xué)研究所副研究員劉星辰、意大利墨西拿大學(xué)教授Gabriele Centi等，在利用氣氛誘導(dǎo)調(diào)控催化劑表面結(jié)構(gòu)方面取得新進(jìn)展：利用具有強(qiáng)氧化物載體相互作用(Surface oxide-support interaction，SOSI)與傳統(tǒng)強(qiáng)金屬載體相互作用(Strong metal-support interaction，SMSI)競爭策略，定向誘導(dǎo)TiO2選擇性的向MnO表面自發(fā)分散，而非向過渡金屬表面遷移形成包裹結(jié)構(gòu)(M@TiO2)；形成的TiO2/MnO界面可作為高效H傳輸通道，提高表面活性H物種濃度，促進(jìn)整個加氫反應(yīng)過程。與傳統(tǒng)的Ru/MnOx催化劑相比，Ru/Ti/Mn催化劑逆水煤氣變換(RWGS)性能提高了3.3倍；在400°C時CO的生成速率可達(dá)87.5mmolg-1h-1，并表現(xiàn)出優(yōu)異的CO選擇性(>99%)。
 

　　催化劑在氣氛環(huán)境誘導(dǎo)下發(fā)生結(jié)構(gòu)的演變，增大了催化活性位點的準(zhǔn)確辨析難度，提供了納米結(jié)構(gòu)調(diào)控策略，獲得了與傳統(tǒng)合成工藝所難以實現(xiàn)的催化活性中心。SMSI是催化劑在氣氛環(huán)境誘導(dǎo)下發(fā)生結(jié)構(gòu)演變的典型現(xiàn)象之一，被廣泛應(yīng)用到催化劑的創(chuàng)制中。它主要是高溫H2處理后的可還原性氧化物載體(如TiO2、Nb2O3等)表面被部分還原后遷移至金屬表面，形成包覆結(jié)構(gòu)。這種現(xiàn)象可以使目標(biāo)產(chǎn)物選擇性獲得有效地調(diào)控，并保持了催化劑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；而這種包覆的結(jié)構(gòu)犧牲了暴露的活性位點，抑制了反應(yīng)物分子的吸附活化，尤其是在加氫反應(yīng)中表現(xiàn)出較差的催化活性。
 

　　本工作基于TiO2在高溫H2氣氛下的可遷移特性，利用TiO2和MnO之間的SOSI，使得TiO2可以選擇性的向MnO表面自分散，在MnO表面形成TiOx“補(bǔ)丁”，而非向金屬表面(如Ru)遷移。該策略在保證高活性金屬利用率的同時，自發(fā)的形成了高密度的TiOx/MnO界面，可以有效地促進(jìn)活性H物種向載體表面遷移，形成表面富氫環(huán)境，促進(jìn)CO2還原為CO。同時，該策略對逆水煤氣變換性能的促進(jìn)，既不依賴于金屬種類(M=Ru、Pt、Pd)也不依賴于TiO2的引入方法和晶型，即使直接固相研磨混合Ru/TiO2和Ru/MnOx催化劑也可以實現(xiàn)。該研究利用原位生成氧化物—氧化物界面作為氫物種的傳輸通道，為設(shè)計高效選擇性加氫催化劑提供了新策略。
 

　　近年來，該團(tuán)隊在CO/CO2能源小分子的高效轉(zhuǎn)化催化劑的設(shè)計以及原位過程中微觀結(jié)構(gòu)動態(tài)演變方向取得了一系列進(jìn)展，包括CO2分子活化與轉(zhuǎn)化、CO加氫轉(zhuǎn)化、納米催化劑的原子結(jié)構(gòu)精確分析以及原位動態(tài)過程的認(rèn)識。
 

　　相關(guān)研究成果以Generation of Oxide Surface Patches Promoting H-spillover in Ru/(TiOx)MnO Catalysts Enables CO2 Reduction to CO為題，發(fā)表在《自然-催化》(Nature Catalysis)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和遼寧省“興遼英才計劃”等的支持。