近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授曾杰課題組通過構(gòu)筑Pt3Co八足體合金納米晶并利用其尖端效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高效CO2催化加氫。該研究成果發(fā)表在8月8日的《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 9548-9552），并被選為封面和熱點(diǎn)文章。論文的共同第一作者是巴基斯坦留學(xué)生Munir Ullah Khan、博士生王梁炳和博士生劉釗。
作為一種極其穩(wěn)定的分子，CO2分子往往難以被活化，因此，如何有效活化CO2是提升其加氫反應(yīng)催化活性的關(guān)鍵所在。一般而言，催化劑表面的電子結(jié)構(gòu)是影響催化劑性能的主要因素。理論研究表明，電子傾向于富集在形狀尖銳的區(qū)域，例如頂點(diǎn)和邊緣，即尖端效應(yīng)。此外，合金中電負(fù)性的差異也會(huì)導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)移，從而改變催化劑的電子結(jié)構(gòu)。這為研究人員調(diào)控金屬納米晶的電子結(jié)構(gòu)提供了思路。
基于此，研究人員設(shè)計(jì)并構(gòu)筑出Pt3Co八足體合金納米晶，其在CO2加氫催化反應(yīng)中表現(xiàn)出卓越的催化活性。相較于Pt3Co立方體、Pt八足體、Pt立方體納米晶，Pt3Co八足體合金納米晶催化CO2加氫生成甲醇的轉(zhuǎn)化頻率分別是它們的2.2、6.1和6.6倍。第一性原理研究表明，Pt3Co八足體合金納米晶尖銳的頂端結(jié)構(gòu)由于尖端效應(yīng)，導(dǎo)致尖端處電子富集。此外，在Pt3Co合金中，由于Pt的電負(fù)性高于Co，Co原子上的電子會(huì)向Pt原子轉(zhuǎn)移，使得尖端處的Pt原子得以富集電子，該現(xiàn)象在X光電子能譜測試中得以證實(shí)。隨后，研究人員基于原位紅外反射吸收光譜觀測到CO2在Pt3Co金屬納米晶催化作用下活化成 CO2δ-自由基，證實(shí)了電子在尖端處Pt原子上的富集有利于CO2活化。該項(xiàng)研究為通過調(diào)控納米金屬納米晶表面電子狀態(tài)提升催化性能提供了新的研究思路。
該項(xiàng)研究得到了科技部青年“973”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志封面
