载体体相结构对氧化物负载金属催化剂界面氧空位及催化性能的影响

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氧化物负载金属催化剂在化工生产、环境保护、生物催化等众多领域均具有重要的应用。金属与氧化物载体界面附近的氧空位(Vos)带来的金属-载体强相互作用是影响此类催化剂催化性能的重要因素。然而,即使化学组成相同的氧化物往往也存在着不同晶型的体相结构,结构的复杂性导致Vos差异会进一步影响负载型催化剂的催化性能。本论文以氧化钛负载Pt纳米催化剂为模型催化剂,深入研究载体体相结构对负载性催化剂界面氧空位及其催化性能的影响。通过高温煅烧后的商用P25以及三乙基硼氢化锂还原剂进行湿法化学合成制备了金红石型Ti O2,金红石型非整比Ti O2-x和立方相Ti O三种不同体相结构的氧化钛载体。此方法采用同源氧化钛前体,调节还原剂投入量,能够轻易获得以上三种氧化钛模型载体;通过吸附Pt纳米晶可以获得仅载体体相结构不同的三种氧化钛负载Pt模型催化剂。采用以上模型催化剂,以邻氯硝基苯(o-CNB)选择性加氢作为模型反应研究载体体相结构对Vos及催化剂催化性能的影响。研究表明,由于不同晶型结构的氧化钛载体导电性能差异会造成体相电子向Vos电子迁移能力的差别,从而改变Vos的荷电性质。不同正电荷强度的Vos可以影响Pt纳米晶上电子向Vos的转移进而影响Pt纳米晶的缺电子状态,导致铂氧化钛催化剂选择性的差异。此外,不同氧化钛载体的晶体结构不同,导致在氢气气氛下产生Vos的数量有所差异。由于Vos能够通过极化硝基来加快o-CNB氢化速率,因此氧化钛载体的晶型结构对催化剂的催化活性亦有所影响。总之,通过调节载体体相结构,可以调节Vos的电荷和数量,在二者的协同作用下能够进一步调节负载型催化剂的催化性能。本工作为设计开发具有优异催化性能的负载型金属催化剂提供了重要启示——在发展具有优异性能的负载型催化剂时,载体的体相结构亦是不得不考虑的重要因素之一。
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