[01043761]溶胶型金属纳米颗粒催化剂结构设计及性能

该项目属材料科学与催化化学学科交叉研究领域。 催化剂被认为是现代化学工业的心脏，参与90％以上的化工过程。溶胶型金属纳米颗粒催化剂具有组成、粒径及结构容易调控，催化选择性高，反应条件温和，有价贵金属方便回收等独特优点，被广泛应用在选择性加氢反应、催化氧化及CO/H₂反应等催化领域。但是溶胶型金属纳米颗粒催化剂也存在有价组元利用率低、稳定性不好和催化活性有待提高等缺点。对溶胶型金属纳米颗粒催化剂的结构及成分进行设计和化学裁剪，以大幅度提高其催化性能是该领域的难点。项目围绕溶胶型金属纳米颗粒催化剂的结构设计、催化机理研究和合成反应过程控制开展工作，为催化氧化及催化放氢等反应过程提供科学基础及理论依据，具有广阔的潜在应用前景。取得的重要科学发现如下： 1.率先提出利用金属纳米颗粒顶点位置原子提升催化剂活性、顶点原子原位置换反应自组装及溶胶型金属纳米颗粒负载单原子催化剂的学术思想。突破金属纳米颗粒仅有合金型、核/壳型、反核/壳型和团簇型四种结构类型的限制，第一次设计并采用选择性置换反应法合成一类全新的“明珠-皇冠”结构金属纳米颗粒。解决纳米颗粒表面特定位置原子难以大规模自组装的难题。 2.首次提出连续还原法制备溶胶型金属纳米颗粒负载单原子催化剂和NaBH₄快速注射共还原制备核/壳结构金属纳米颗粒催化剂的机理。建立吸附能与Au原子优先稳定位置之间的关联，构筑大量成核/原位置换反应制备核/壳结构金属纳米颗粒的新思路。Au/(IrPd)及Au/Pd催化剂催化氧化葡糖氧化的活性分别是相同尺寸Au纳米颗粒的40倍及17倍。解决贵金属有价组元利用率低、催化性能差及制备过程副产物易劣化其催化活性的科学难题。 3.建立金属纳米颗粒催化氧化葡萄糖及铵盐催化硼氢化物水解产氢新机理。确立金属纳米颗粒中Au原子催化活性与电荷转移效应之间的内在关联机制，揭示金属纳米颗粒催化剂对反应气体分子的活化作用，阐明铵盐催化剂无垒催化硼氢化物水解反应入口基元步与产氢性能的内在联系。为金属纳米颗粒催化剂的高效应用提供理论指导。 项目在Advanced Materials及Angewandte Chemie International Edition等国际著名期刊上发表SCI论文32篇，被SCI他引434次，其中8篇代表性论文被Chemical Reviews(IF=52.613)等SCI他引272次。Au催化活性发现者、英国卡文迪许大学的Hutchings教授等多位该领域国际权威学者正面引用和高度评价了该项目工作。授权国家发明专利3项；获湖北省优秀硕士学位论文1篇，冶金教育学会优秀硕士学位论文2篇。研究团队入选湖北省自然科学基金创新群体。