傅强研究员和包信和院士团队发现反应诱导金属-载体强相互作用实现催化选择性定向调控

jiasu2009

近日，我所催化基础国家重点实验室纳米与界面催化研究组（502组）傅强研究员和包信和院士团队在金属-氧化物界面催化研究方面取得新进展，发现在二氧化碳加氢反应中气氛诱导钌（Ru）与氧化钼（MoO3）之间发生金属-载体强相互作用（SMSI），实现催化反应选择性的定向调控。
　　金属-载体强相互作用是多相催化中的经典概念之一，经常发生于金属/氧化物催化剂的还原预处理过程中，担载的金属粒子会被载体薄层结构所包裹，由此导致催化性能的降低。

　　该团队基于担载金属催化剂的原位表界面表征研究，在金属/碳化物催化体系中发现金属-载体强相互作用（J. Am. Chem. Soc.，2018），进一步在惰性的六方氮化硼（h-BN）载体和金属催化剂之间也确认存在SMSI效应（J. Am. Chem. Soc.，2020；JPC Lett.，2021），这些动态结构变化均能提高催化反应的活性或稳定性。
　　在本工作中，研究人员发现Ru-MoO3催化剂在二氧化碳加氢反应中产物选择性呈现动态变化，随着反应进行选择性从100%CH4逐渐转变为99.0%CO。原位表征表明，反应气氛可以诱导MoO3载体表面还原形成缺陷活性层（MoO3-x），进一步迁移至金属Ru表面形成包裹结构Ru@MoO3-x；该结构的演变导致反应从金属Ru催化的甲烷化转变为缺陷MoO3-x主导的逆水气变换。表面分析揭示，金属Ru限域稳定的缺陷态MoO3-x活性层具有优异的二氧化碳催化转化性能及高温稳定性。本工作揭示了反应气氛诱导SMSI发生，并形成缺陷氧化物/金属界面限域活性结构，有效增强了催化反应性能。
　　相关工作以“Overturning CO2 Hydrogenation Selectivity with High Activity via Reaction-Induced Strong Metal–Support Interactions”为题，于近日发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上。该成果的第一作者是我所502组博士后辛慧。上述工作得到了国家自然科学基金科学中心“动态化学前沿研究”、科技部重点研发计划、洁净能源创新研究院合作基金等项目的资助。（文/图 辛慧）
　　文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.1c12603


        文章来源：大连化物所
       傅强，中国科学院大连化学物理研究所研究员。1996年和2000年在北京理工大学分别获得学士和博士学位；2000年到2006年先后在德国马普学会金属研究所(Max Planck Institute for Metal Research)和Fritz Haber研究所(Fritz Haber Institute of the Max Planck Society)做博士后研究；2006年受聘到中国科学院大连化学物理研究所工作，2008年获中国科学院"百人计划"择优支持终期评估获优秀。现为催化基础国家重点实验室研究员，博士生导师，大连洁净能源国家实验室仿生能源材料与系统研究组组长。1999年获首届中国科学院奖学金；2000年获德国马普奖学金；2008年获首届中科院沈阳分院优秀青年学者奖；2011年获辽宁青年科技奖；2012年获得国家自然科学基金委优秀青年基金资助。
        包信和，男，汉族，1959生于江苏省。理学博士，中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师。1987年获复旦大学理学博士学位；1987-1989年在复旦大学化学系任教；1989-1995年获洪堡基金资助在德国马普协会柏林FRITZ-HABER研究所进行合作研究；1995年至今，在大连化学物理研究所工作，任催化基础国家重点实验室研究员，博士生导师，所学术委员会主任，洁净能源国家实验室（筹）能源基础和战略研究部部长，中国科学院研究生院教授；2000年8月至2007年2月，任中国科学院大连化学物理研究所所长；2009年4月至2014年6月任中国科学院沈阳分院院长；2009年当选为中国科学院院士；2015年7月至2017年6月任复旦大学常务副校长；2017年6月8日起任中国科学技术大学校长。