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Angew. Chem. :含锡沸石分子筛封装钯纳米颗粒高效催化合成过氧化氢

负载型纳米金属催化材料的性能直接受到前处理或工况条件下的纳米结构动态演化的影响。浙江大学肖丰收、王亮团队和华东理工大学曹宵鸣团队的合作研究发现,在沸石分子筛微孔内部封装的金属物种的结构演化行为与传统固体表面负载的催化剂有所不同。在还原气氛下,沸石分子筛微孔内部的氧化锡纳米团簇会定向迁移至钯纳米颗粒,并作为电子供体修饰于Pd表面。这一结构极大地减弱了分子氧的吸附并抑制了O-O键的解离,从而有效地防止了钯纳米颗粒的氧化。得益于这一特征,该催化剂在氢气和氧气直接合成过氧化氢反应中展现出优异的性能,实现过氧化氢的产率约为10,170 mmol gPd-1 h-1,明显优于传统的负载型钯催化剂。



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图1 (A-C)催化剂模型图 (D, E) CO吸附红外光谱(F, G)Pd 3d XPS谱

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图2 理论计算模拟 (A,B) 催化剂的三元相图,(C)沸石中Pd,Sn物种还原氧化结构示意图,(D)催化剂的O2活化的表观自由能垒(Gapp)及H2O2合成的吉布斯自由能分布,(E) 有无Sn修饰的Pd-PDOS图。

为了验证沸石中钯和锡的分布以及钯-锡相互作用对催化剂抗氧化性和催化性能的关键影响,作者进行了系统的实验表征研究。他们使用了XPS、UV-vis、TEM、XAFS和CO红外光谱技术等。此外,通过研究Pd-SnOx纳米结构在氧化还原条件下的结构演化特征,揭示了沸石分子筛的微孔结构在其中的重要作用。综上所述,本工作成功地开发了一种具有抗氧化性能的封装钯纳米颗粒催化剂。通过微孔孔道限域实现锡修饰钯表面,有效地抑制了分子氧的解离。作者正在进一步拓展这一策略,并将其应用于包括催化在内的不同领域。

文信息

Efficient Catalytic Production of Hydrogen Peroxide Using Tin-containing Zeolite Fixed Palladium Nanoparticles with Oxidation Resistance

Yifeng Liu, Zhaoqing Liu, Jian Zhang, Feng-Shou Xiao, Xiaoming Cao, and Liang Wang

该工作的通讯作者为王亮研究员和曹宵鸣教授

该论文得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202312377


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