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科学研究
二氧化碳加氢过程中Ni-Au双金属纳米粒子核壳结构的可逆转化
 最后更新:2020-06-03  作者:佚名  浏览:385次

  由于具有独特的几何和电子结构,负载双金属核壳纳米颗粒催化剂对各种非均相化学反应具有很好的催化性能。之前的研究表明,将双金属壳层厚度减小到几个原子层可以最大限度地提高双金属颗粒的晶格应变和电子效应,进而提高其催化性能,减少贵金属的消耗。然而,这一解释只有催化剂在整个反应过程中保持其完整独特的核壳结构时才成立。近日,中科院大连化物所刘伟、杨冰,南方科技大学谷猛等团队合作,通过环境透射电镜(ETEM)结合同步辐射X射线吸收光谱等先进分析技术,揭示了一种双金属结构在反应过程中的动态变化机制,颠覆了这种传统的认识。
  研究者采用湿化学法制备了Ni-Au双金属纳米粒子并进一步负载在SiO2上,实验发现,该催化剂在CO2加氢反应中表现出高的CO选择性,催化剂在反应前后保持核壳结构。通过使用ETEM对催化剂在原子水平上直接可视化动态过程观察,发现其Ni@Au核壳结构在CO2加氢过程中动态转变为NiAu合金,并在反应后逆转回先前的核壳结构。ETEM图像跟踪了在整个反应过程中从几个帕斯卡到一个大气压的反应压力下表面原子结构的实时变化。这一过程从原位傅里叶变换红外光谱(FTIR)和原位同步X射线吸收光谱(XAS)表征得到支持。运用密度泛函理论(DFT)也证实,在反应中催化性能不能归因于Au壳层表面,而应归因于反应过程中CO的吸附促进了合金表面的瞬时重构。这种双金属结构可逆变化过程的发现不仅对核壳纳米粒子,而且对其他定义良好的纳米催化剂都有重要的意义。


图1. 在CO2加氢反应过程中单个NiAu粒子的合金化和脱合金演化原位TEM成像
(图片来源: Nat. Catal., 2020, 3: 411–417)

 

 

 

 

 

原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41929-020-0440-2

原文作者:
Xiaoben Zhang , Shaobo Han, Beien Zhu , Guanghui Zhang, Xiaoyan Li, Yi Gao *, Zhaoxuan Wu, Bing Yang*, Yuefeng Liu, Walid Baaziz, Ovidiu Ersen, Meng Gu*, Jeffrey T. Miller and Wei Liu*