JACS发表祝艳课题组金团簇催化研究的新进展

发布时间:2020-02-17浏览次数:1146

  多相催化剂表界面位点的确认和催化作用一直是催化领域研究的热点,但是催化剂内部的位点如何影响其表观催化性能是一个尚未解决的难题。精确结构团簇具有准确的表面和内部结构,为研究催化剂内部位点对催化作用的影响提供了机会。祝艳课题组使用原子精度的Au24Au25团簇作为精准模型催化剂催化CO2加氢反应。发现团簇内部的中心空位可以调控团簇结构的柔韧度,抑制了团簇在催化反应过程中聚集长大,提高了催化稳定性。Au24Au25在反应过程中会发生结构的变化(重构),没有空心结构的Au25在重构过程中会聚集长大成为纳米颗粒(纳米晶)进而失去催化活性,Au24在重构过程中一直保留着空心结构,而且空心结构的大小和位置在反应过程中是动态变化的,这使得Au24在催化反应过程中结构变得柔韧和灵活,抵制了催化剂的聚集长大,延缓了催化剂的失活,加强了催化的活性和稳定性。并且,提出了在空心结构的Au24团簇上CO2加氢反应的一个新路径,即第一步CO2Au24上发生逆水煤气变化得到Au-CHO中间体,第二步相邻的2Au-CHO偶合得到主产物CH3-O-CH3。此反应路径和传统的二甲醚生成的路径是完全不同的(后者是通过CO2加氢得到甲醇然后甲醇脱水得到二甲醚)。此工作首次提出了催化剂内部的空心位点如何影响催化性能的新观点,并为新催化反应历程的发现提供了新的思路。

  该工作以Structural Relaxation Enabled by Internal Vacancy Available in a 24-atom Gold Cluster Reinforces Catalytic Reactivity为题在线发表在Journal of the American Chemical Society (DOI:10.1021/jacs.9b07761)。南京大学博士生蔡潇为本文第一作者,北京计算科学研究中心陈名扬博士负责其中的计算工作,上海应用物理研究所司锐研究员协助分析X-射线吸收谱,南京大学丁维平教授参与了讨论。此研究得到国家自然科学基金,江苏省和南京大学的经费资助。