负载型特殊形貌纳米金属催化剂的制备及其反应性能研究

目前的材料制备技术已经可以精确控制金属纳米粒子的形貌，所制备的特殊形貌的纳米粒子作为模型催化剂可以考察原子尺度的特性对催化性能的影响。然而，特殊形貌的金属纳米粒子需要使用大量的表面活性剂稳定，这制约了其催化应用。本项目以探索制备"清洁"的并具有较好稳定性的负载型特殊形貌纳米金属粒子催化剂为目的，以具有加氢性能的金属（Pt、Pd、Ru、Co和Ni等）为研究对象，在不同载体上进行特殊形貌金属纳米粒子的负载技术研究，开发普适性的制备方法，重点研究孔道内限域的特殊形貌的金属纳米粒子催化剂制备和核壳结构催化剂制备，并通过系统表征考察其结构和稳定性，探索特殊形貌金属与载体界面间的相互作用机制以及金属形貌对加氢性能的影响，为真正实现特殊形貌纳米粒子在催化中的广泛应用提供科学依据和技术基础。

本项目的初衷是借助载体稳定特殊形貌金属纳米粒子使其在加氢反应中发挥特殊晶面作用，我们开展了金属中心负载于载体表面、孔道内和封装于载体内部三种制备方式研究，随着研究深入我们也将研究拓展至多个模型催化剂体系。在本项目研究过程中，我们控制合成了多种负载型Pd、Pt催化剂、特殊形貌的Pd、Pt及PtM纳米金属材料、特殊形貌的ZnO、CeO2、CexZr(1-x)O2纳米氧化物载体、大比表面钴氧化物载体和SiO2包覆不同封端剂配位的Pt粒子等，并应用于α, β-不饱和醛（肉桂醛、巴豆醛、糠醛）选择加氢、马来酸酐选择加氢、苯酚选择加氢和丙烷脱氢等一系列的加/脱氢催化反应中，获得了多个有价值的或值得进一步深入研究的结果，其中首次发现Pt/BN催化剂上室温下可以高效转化肉桂醛制肉桂醇，调控浸渍方法制备的Pd/SiO2催化剂上室温下可以完全转化马来酸酐制琥珀酸酐。目前已发表会议论文2篇，申请发明专利3项，4篇研究论文正在整理完善中，预计年内完成。研究计划中特殊形貌的金属纳米粒子限域在载体孔道内的研究，由于目前碳纳米管和SBA15内径尺寸较小，特殊形貌金属尺寸较大以及负载方式的限制，这一负载制备并未实现。