清华大学化学系陈晨

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Adv. Mater.：MOF制备亚2 nm原子有序PdZn粒子作为乙炔选择性加氢的高性能催化剂

原子级有序的金属间化合物因其特殊的几何/电子结构在催化、材料等领域引起了日益广泛的关注。但是形成金属间相往往需要高温条件，因此很难制备小尺寸的金属间颗粒。例如，传统方法的高温熔化方法制备只能制备体相金属间化合物。液相路线可以通过配体辅助策略制备纳米级的金属间颗粒，但是不可避免地损失了部分表面位点。另外，当除去配体后往往又会发生颗粒的团聚。因此如何制备稳定的超小尺寸的金属间化合物仍然是一大挑战。本文通过金属有机骨架（MOF）限域-共同还原路线，成功制备了尺寸小于2 nm的金属间PdZn纳米颗粒。该途径借助ZIF-8C材料规则有序的孔结构，限域地将Pd与Zn同时还原，从而得到了尺寸均一小于2 nm的金属间PdZn纳米颗粒。值得一提的是由于ZIF-8C载体结构的稳定性，所制备的小尺寸的金属间PdZn纳米颗粒表现出了优异的耐热稳定性，并且通过该路线还可以制备小尺寸的金属间PtZn纳米颗粒，表现出了良好的普适性合成特点。

近日，中国清华大学的陈晨和中国科学院大学的周克斌等人，采用金属-有机骨架(MOF)限域-共还原策略，成功制备了亚2 nm金属间PdZn纳米粒子。研究者通过HAADF-STEM、HRTEM和EDS的详细表征，发现这些亚2 nm金属间PdZn纳米颗粒有效地嵌入ZIF-8C规则的孔道中。XRD、XPS和EXAFS的进一步表征，证实所制备的亚2 nm金属间PdZn纳米颗粒为原子级有序的金属相。乙炔选择性加氢测试评价结果进一步表明亚2 nm金属间PdZn颗粒表现出了优异的催化性能。实验测试结果以及密度泛函理论计算发现，与大尺寸的金属间PdZn相比，亚2 nm金属间PdZn颗粒在能量上更利于乙炔加氢和乙烯脱附，从而表现出了优良的催化活性与选择性。这一工作为通过有效的MOF功能化路线设计合成超细金属间化合物材料提供了可行思路和方法。相关成果以“MOF-Confined Sub-2 nm Atomically Ordered Intermetallic PdZn Nanoparticles as High-Performance Catalysts for Selective Hydrogenation of Acetylene”为题发表在Advanced Materials上。