多相催化界面限域效应研究获进展

近年来，中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究组在多相催化界面限域研究方向上开展的系列工作受到了国际同行的广泛关注。近日受邀撰写的综述文章Interface-confined oxide nanostructures for catalytic oxidation reactions在《化学研究综述》（Accounts of Chemical Research）上在线发表（Qiang Fu, Fan Yang, Xinhe Bao, Acc. Chem. Res. 2013, doi: 10/1021/ar300249b;）。

氧化物在多相催化反应中发挥着重要作用，主要被用作催化剂载体来分散纳米金属粒子，同时氧化物能够通过金属-载体的强相互作用（SMSI）强烈地影响金属的催化性能。催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究组将基于模型体系的表面催化研究和真实催化材料中的界面催化研究相结合，创新性地在金属表面构建纳米结构氧化物形成Oxide-on-metal反转催化体系，实现担载的纳米氧化物直接催化表面反应。由于氧化物与金属之间的相互作用，在金属表面上形成的氧化物为单层分散、亚稳态结构，在氧化物-金属边界处形成了配位不饱和的过渡金属阳离子活性中心，能够高效活化O2、H2O等分子，成功地用于低温催化氧化等反应，并由此发展出“界面限域催化”的概念。

该研究团队首先在Pt表面上构建了配位不饱和亚铁结构（Coordinatively Unsaturated Ferrous，CUF）。这种界面限域的CUF中心与Pt协同作用，在O2的低温活化过程中显示出非常独特的催化活性，应用于富H2气氛下CO选择氧化，在质子交换膜燃料电池实际工作条件下实现了燃料氢气中微量CO的高效去除（Science 2010, 328, 1141; E&ES 2012, 5, 6313）这一概念被进一步成功扩展到Pt-Ni（JACS, 2011, 133, 1978）和Pt-Co（ChemCatChem 2012, 4, 1645）催化体系，证实3d过渡金属氧化物与Pt构成高效的反转催化剂。

近来，该团队发现这种高活性氧化物表面结构也能够在单层Pt（JACS, 2012, 134, 12350）和Au、Ag等非Pt贵金属表面上得以稳定存在并表现出优异的催化性能，显示可以在这一氧化物/金属反转催化体系中实现降低贵金属用量和替代贵金属的可能。这一新颖的催化剂活性结构为定向合成新型高效纳米催化体系开辟了一条新的途径。