氧化铈包覆钯@银双金属核壳高效加氢催化剂

- 2019-09-06-

  催化选择性与催化活性是评价纳米催化材料优劣的重要指标。但以往的经验表明催化选择性和催化活性往往是相悖的。催化活性的提高通常是以牺牲催化选择性为代价获得的,例如目前材料领域的研究热点之一,具有较高催化活性的单原子级纳米催化材料,如何提高其催化选择性已然成为目前亟待攻克的难点之一。另一方面,提高催化选择性通常采用的办法是降低其催化活性,例如Lindlar催化剂,其工作原理就是利用铅离子来毒化作为活性中性的钯金属,从而降低其过加氢行为,来获得催化选择性。由此可见,纳米催化材料的综合催化性能还有较大的优化空间,如何选择一种简单的方法来平衡催化剂的催化活性与催化选择性,这仍是材料学家目前需要直面挑战。

  基于前期在此领域的研究基础,开创性的将种子生长法和自氧化还原反应相结合,通过在反应初期引入预先制备好的钯纳米立方块作为种子,通过加热促使醋酸铈双水解从而成功诱导了氢氧化铈-硝酸银在钯纳米粒子表面的自氧化还原反应,由于钯与银较高的晶格匹配程度,在热力学的驱动下,得到了致密包覆的钯@银@氧化铈双金属核壳纳米材料。选择钯@银核壳双金属作为内核考虑了炔烃的选择性加氢反应中钯金属的高活性、低选择性以及银金属的高选择性、低活性的问题,而外层包覆的氧化铈壳层可以提高贵金属的稳定性。此外,氧化铈与贵金属间协同效应也对提高其催化性能也是比较有益的。

  催化测试结果表明,对比于单一贵金属组分的钯@氧化铈和银@氧化铈核壳纳米材料,钯@银@氧化铈双金属核壳纳米材料可以将苯乙炔催化转化为苯乙烯,在整个催化过程当中,其过加氢行为被抑制。同时,由于氧化铈壳层的存在有利于稳定内核贵金属纳米颗粒并防止其团聚,从而使得催化剂的循环稳定性也得到大大提高。此外,作者系统研究了不同钯/银比例对于催化剂催化性能的影响,通过透射电镜、催化动力学曲线等数据并结合理论计算结果,证明了过高或过低的银含量都会导致催化活性的降低。该研究工作为设计新型纳米催化剂提供了实验和理论指导。