長春應(yīng)化所在單分子單粒子催化研究方面獲新進展

　　中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所電分析國家重點實驗室徐維林課題組圍繞異相催化劑催化活性及穩(wěn)定性問題展開單分子單納米粒子水平研究，發(fā)現(xiàn)了一系列新的催化現(xiàn)象。  

　　基于熒光單分子單納米粒子催化研究方法和鉑的雙功能催化作用，克服了熒光單分子方法難以觸及電催化領(lǐng)域的局限，首次成功地在單粒子層面揭示了鉑納米粒子在電催化氫氣分子電氧化過程中的電化學(xué)失活機理及動力學(xué)。通過對反應(yīng)活性位進行實時動態(tài)跟蹤，分析了電催化劑催化活性隨反應(yīng)進行的變化規(guī)律；發(fā)現(xiàn)催化劑活性位包括慢失活活性位、快失活活性位，同時發(fā)現(xiàn)一部分催化劑（約2%）在失活后很快又發(fā)生自發(fā)的活性再生現(xiàn)象；經(jīng)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)催化劑的長時催化性能主要取決于催化劑中的慢失活納米粒子（圖1）。  

　　同時，研究人員和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度國家實驗室曾杰課題組合作，利用單分子單納米催化技術(shù)，基于一系列不同尺寸的Pd納米立方體（邊長從5nm到23nm），結(jié)合非理想模型進行定量分析，首次在單顆粒水平上系統(tǒng)研究了Pd納米立方體表面邊上原子與面上原子的催化動力學(xué)行為，從而揭示了單納米粒子邊上原子和面上原子的一系列全新的催化特性和兩者對單納米粒子整體活性貢獻大小的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于產(chǎn)物生成過程，邊和面具有相似的反應(yīng)行為，但邊上原子表現(xiàn)出比面上原子高得多的催化活性，而對于產(chǎn)物分子的脫附過程，邊上原子與面上原子卻表現(xiàn)出完全相反的行為。通過該工作,單分子催化研究方法首次被從原來的單納米粒子水平拓展到了亞單納米粒子水平（圖2）。  

　　該系列工作進一步加深了人們對多相催化過程中表界面催化過程的認(rèn)識，相關(guān)系列成果相繼發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上（Angewandte Chemie-International Edition 2016， 55, 1839-1843；Angewandte Chemie-International Edition 2016, 55, 3086–3090）  

　　該工作獲得973 項目、自然科學(xué)基金等項目支持。  

　　（能源催化過程課題組） 

　　論文鏈接1

　　論文鏈接2

　　課題組網(wǎng)站：smec.ciac.jl.cn

圖1.結(jié)合電化學(xué)的單分子單納米粒子催化反應(yīng)池設(shè)計及鉑的雙功能催化體系

圖2.揭示單納米粒子表面不同類型原子的催化活性行為及差異