氧化铝外延薄膜负载纳米贵金属模型催化剂体系电子结构和界面相互作用研究

贵金属的纳米团簇化有望创造更廉价高效的催化剂材料。纳米团簇作为催化剂活性中心其电子结构直接控制催化特性，因此用实验方法确定负载团簇微观结构与其化学状态和电子结构关系并阐明其界面相互作用规律对从分子水平上理解催化过程非常重要。本项目拟采用超高真空电子束蒸发方法，通过控制蒸发条件，在外延氧化铝超薄膜模型催化剂载体上实现Pd、Au及Pd-Au合金团簇的几何形貌、尺寸和化学成分的独立控制，利用原位X射线光电子能谱和紫外光电子能谱表征分别阐明团簇形貌、尺寸和化学成分与电子结构和化学状态之间关系，研究金属纳米团簇/外延氧化铝薄膜体系的界面相互作用规律及热稳定性。通过实验方法从分子尺度深入了解负载型贵金属团簇催化剂电子结构、化学状态及载体/负载相互作用随其微观结构的变化规律，希望为新的高性能负载型贵金属催化剂材料理论设计与实际开发提供依据。

氧化物负载贵金属纳米结构体系在异相催化领域具有重要的研究价值。本项目采用超高真空系统原位制备了模型氧化铝负载贵金属团簇系统并表征了其电子结构变化规律和界面相互作用。在γ-Al2O3(111)/Cu-9%Al(110)和γ-Al2O3(111)/NiAl(110)两个单晶膜的表面制备了Pd和Au的系列团簇结构，研究了其生长动力学、团簇生长规律及其热稳定性。研究结果表明：在一定的沉积条件下，Pd可以实现在γ-Al2O3(111)单晶表面上实现单层的团簇生长而Au只能实现岛状结构生长。Pd和Au团簇在氧化铝表面的稳定性不同。前者会发生扩散并最终氧化为PdO，而后者不会发生氧化，只会进一步团聚。通过能级对准的测量表明：Pd和Au的生长并没有改变γ-Al2O3(111)层绝缘的特性。上述研究成果有助于进一步深入理解贵金属催化剂在异相催化中的作用规律，对采用光电子谱方法原位研究催化体系也具有借鉴价值。