中國科學院大連化學物理研究所合成高活性、高穩(wěn)定性納米金催化劑

近日，中國科學院大連化學物理研究所與燕山大學合作，提出了一種兼具高活性以及高穩(wěn)定性的納米金催化劑的合成策略。

納米金催化劑是指以納米金為活性組分的催化劑，其反應(yīng)活性跟金顆粒的尺寸密切相關(guān)。當顆粒尺寸小于5 nm時，納米金催化劑能夠展現(xiàn)出優(yōu)異的活性，其在一氧化碳氧化、丙烯環(huán)氧化、醇醛的選擇性氧化等反應(yīng)中具有獨特的催化性能，被認為是一種極具工業(yè)應(yīng)用前景的催化劑。但該催化劑在高溫焙燒或者反應(yīng)過程(甚至低溫反應(yīng))中容易燒結(jié)或聚集，導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差，極大地限制了其工業(yè)應(yīng)用進程。通過金屬載體強相互作用、氧化物包裹、分子篩孔道限制等多種方式，可以極大地改善納米金催化劑的穩(wěn)定性，但是這些方法通常以犧牲部分活性位為代價，導(dǎo)致納米金催化劑活性較差。

該研究團隊選擇氯金酸作為金源、正硅酸乙酯作為硅源，即金和硅的前軀體，在堿性條件下通過共沉淀的方式將金和硅前軀體一步沉積到氧化鈦載體表面，通過高溫焙燒得到氧化硅修飾的納米金催化劑，該方法在制備上實現(xiàn)了金物種和氧化硅物種的原子級混合。通過焙燒形成的氧化硅薄膜包裹的納米金催化劑，僅有幾個原子層厚度。該催化劑具有非常高的抗燒結(jié)性能，經(jīng)過800 ℃高溫焙燒后，金顆粒尺寸可以保持在6 nm。同時，該催化劑具有非常高的反應(yīng)活性，一氧化碳在0 ℃就可以完全被氧化。

實驗和理論計算結(jié)果表明，氧化硅的包裹不僅可以抑制金顆粒的長大，同時薄層氧化硅與金顆粒形成的豐富的Au-O-Si鍵可以促進一氧化碳氧化反應(yīng)過程中氧氣的吸附和活化，使催化劑具有極高的活性。該研究為新型高穩(wěn)定高活性納米金催化劑的開發(fā)提供了新思路。