貴金屬催化劑應(yīng)用廣泛，如何提升貴金屬利用率，同時(shí)維持高的催化劑活性、選擇性和長(zhǎng)的使用壽命一直是貴金屬催化劑研制的核心問(wèn)題.最近，我?；瘜W(xué)化工學(xué)院鄭南峰教授課題組在鉑納米復(fù)合催化劑的制備、表征及催化反應(yīng)的過(guò)程機(jī)理方面的研究取得了重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果“Interfacial effects in iron－nickel hydroxide－platinum nanoparticles enhance catalytic oxidation”發(fā)表于《Science》（2014，344：495－499）［1］.

多年來(lái)，鄭南峰教授課題組一直致力于解決制約納米材料的可控合成和應(yīng)用的突出難題，并取得了系列重要進(jìn)展［2－5］：1）發(fā)展了利用配位小分子調(diào)控貴金屬納米表面結(jié)構(gòu)的有效方法，使具有特定結(jié)構(gòu)的貴金屬納米晶體的化學(xué)合成更為理性與可控，所合成材料甚至可展示出一些未被發(fā)現(xiàn)的性能，其中包括“鈀藍(lán)”的合成，它打破了人們對(duì)鈀納米材料多為黑色的已有認(rèn)識(shí)；2）發(fā)展了多種在貴金屬納米團(tuán)簇、納米晶體的表面構(gòu)建特定的金屬－有機(jī)和金屬－無(wú)機(jī)界面的化學(xué)方法，考察2種界面對(duì)相關(guān)納米團(tuán)簇、納米晶體催化性能的影響，其中包括在國(guó)際上首次表征了硫醇保護(hù)的銀和金銀合金納米顆粒的單晶結(jié)構(gòu).

針對(duì)負(fù)載型貴金屬催化劑的界面精細(xì)結(jié)構(gòu)表征難、構(gòu)－效關(guān)系本質(zhì)難被揭示的難題，鄭南峰教授課題組運(yùn)用濕化學(xué)方法制備了方便研究貴金屬－氧化物界面效應(yīng)的模型納米催化劑，通過(guò)國(guó)內(nèi)外多課題組合作，結(jié)合先進(jìn)表征手段和理論模擬深入揭示了Fe3＋－OH－Pt界面協(xié)同促進(jìn)CO催化氧化的機(jī)理.發(fā)現(xiàn)了CO一旦吸附于界面上的Pt位點(diǎn)，即可與相鄰的OH反應(yīng)生成CO2，表明界面上的OH是氧化CO的活性物種.CO2脫附后，界面上生成了配位不飽和的低價(jià)Fe，這些Fe位點(diǎn)容易吸附并活化O2，活化后的氧物種可氧化吸附于鄰近Pt位點(diǎn)的CO，并在水分子的輔助下恢復(fù)到原有Fe3＋－OHPt活性界面，使得該過(guò)程可以不斷循環(huán).基于對(duì)催化機(jī)理的認(rèn)識(shí)，他們又進(jìn)一步發(fā)展了更為實(shí)用的催化劑制備方法，合成出的新型納米催化劑，表面凹凸不平，Pt與Fe3＋（Ni2＋）OHx三維相互交織在一起，使催化活性界面從傳統(tǒng)催化劑的一維向三維發(fā)展，活性位與總鉑原子數(shù)的比例可達(dá)50%以上（圖1）.所研制的新型催化劑不僅能在室溫下實(shí)現(xiàn)CO的完全氧化消除，持續(xù)工作1個(gè)月不衰減，還可高效催化富氫條件下CO、富氧下少量H2的氧化清除.

圖1 催化活性界面從一維向三維發(fā)展的貴金屬納米催化劑

該研究合成的模型催化劑兼具結(jié)構(gòu)確定、比表面積大的特點(diǎn)，更接近實(shí)際工業(yè)催化劑，是近年納米材料、催化領(lǐng)域相互交叉的重要研究方向.研究這類模型催化劑所得出的結(jié)論可直接用于指導(dǎo)工業(yè)催化劑的生產(chǎn).

［1］Chen G X，Zhao Y，F(xiàn)u G，et al.Interfacial effects in ironnickel hydroxide－platinum nanoparticles enhance catalytic oxidation［J］.Science，2014，344：495－499.

［2］Huang X Q，Tang S H，Mu X L，et al.Freestanding palladium nanosheets with plasmonic and catalytic properties［J］.Nature Nanotech，2011，6：28－32.

［3］Yang H Y，Wang Y，Huang H Q，et al.All－thiol－stabilized Ag44and Au12Ag32nanoparticles with single－crystal structures［J］.Nature Commun，2013，4：2422.doi：10.1038／ncomms3422.

［4］Chen M，Wu B H，Yang J，et al.Small－adsorbate assisted shape control of Pd and Pt nanocrystals［J］.Adv Mater，2012，24（7）：862－879.

［5］Huang X Q，Zhao Z P，F(xiàn)an J M，et al.Amine－assisted synthesis of concave polyhedral platinum nanocrystals having｛411｝high－index facets［J］.J Am Chem Soc，2011，133（13）：4718－4721.