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[转载]东北大学李松教授课题组：构造更好的金属-氧化物界面

已有 3282 次阅读 2020-4-23 13:16 |系统分类:科研笔记|文章来源:转载

论文信息

题目：Engineering the epitaxial interface of Pt-CeO₂ by surface redox reaction guided nucleation for low temperature CO oxidation

第一作者：徐长进

通讯作者：李松

通讯单位：东北大学

论文DOI：10.1016/j.jmst.2019.08.036

全文速览

随金属催化剂表面催化反应的进行，金属-氧化物界面上发生动态的电荷重新分配，是载体协同作用的形式之一，也反映了催化过程的动态特征。良好的界面结构是促进金属与载体协同作用的关键。本文提供了一种构造高质量Pt-CeO₂界面的普适性方法。

背景介绍

界面是材料科学中决定结构、调控性能的最关键概念之一。贵金属应用于催化剂的主要形式是将纳米/亚纳米颗粒负载于氧化物、碳材料等大比表面积材料表面，其所形成的金属-载体界面强烈影响了催化剂性能，是催化材料研究的热点。通过界面相互作用，载体影响了金属纳米颗粒的形貌、尺寸、电子结构、热稳定性。更关键的是金属-氧化物界面相互作用在催化过程中是动态变化的。在催化反应过程中，随着反应物种在金属中心表面的吸附和变化，电荷在金属-氧化物界面迁移从而在两相间重新分配。这种动态变化既反映了催化的动态特征，也是载体协同作用影响催化性能的形式。基于界面上的这种动态电子相互作用，课题组前期已证实载体氧化物合适的费米能级有利于金属的催化性能（Small 15 (2019) 1901789，doi：10.1002/smll.201901789）。为方便界面上的动态电子过程，高质量的金属-氧化物界面非常关键。本文直接通过金属离子与载体之间的自发还原反应直接在载体上生长金属纳米颗粒，形成了结构质量良好的界面。

本文亮点

本文首先利用Pt离子与Ce³⁺离子之间的自发表面还原反应获得具有Pt与CeO₂之间具有共界面的Pt-CeO₂前驱体，随后在氢气气氛焙烧过程中，Pt纳米颗粒在二氧化铈载体表面沿着两者之间形成的这种共界面外延地生长，从而较好地调控了Pt纳米颗粒与载体CeO2之间的电子相互作用。利用CO氧化探针反应，相比通过传统浸渍法制备的Pt/CeO₂-C催化剂，通过这种自发还原反应原位生长共界面制备的Pt/CeO₂-S催化剂展现出出色的低温端CO氧化性能。这种制备催化剂的方法对其它贵金属和非贵金属具有较好的普适性。

图文赏析

Fig. 1. TEM (a) and HRTEM (b) images of the Pt/CeO₂-S prepared via interfacial nucleation

Fig. 2. CO conversion over as-prepared Pt/CeO₂-S and Pt/CeO2-C catalysts (a) and the activation energy of the Pt/CeO₂ catalysts (b).

Fig. 3. CO conversion over as-prepared Pd/CeO₂ (a) and Cu/CeO₂ catalysts (b).

总结与展望

综上所述，我们报道了一种新的基于金属离子与载体之间的自发的氧化还原反应制备具有共界面催化剂的方法，该方法有助于增强金属与载体之间的电子相互作用，从而改变反应物分子在其表面的吸附强度，从而提高催化剂的催化性能。本文提出的策略为设计开发其它应用的先进负载金属纳米颗粒催化剂提供了借鉴。

作者介绍

李松，东北大学材料科学与工程学院教授。2003年本科毕业于东北大学，2009年获法国Lorraine大学材料物理博士学位，2015-2016作为访问学者在波士顿学院化学系开展研究工作。主要研究方向为金属基结构催化材料，涉及（1）贵金属合金设计；（2）金属-氧化物界面结构调控；（3）过程强化催化材料。任材料研究学会青年工作委员会常务理事、有色金属学会稀有金属委员会委员等职务，主持和参与国家自然科学基金、863计划、国家重点研发计划等多项研究课题，发表学术论文50余篇。