编号：CYYJ02095
篇名：二氧化钛负载金催化剂:界面效应
作者：邵斌 赵雯宁 苗樹 黄家辉 王丽丽 李杲 申文杰
关键词： 金纳米粒子 二氧化钛 稳定性 界面 CO氧化
机构： 中国科学院大连化学物理研究所 中国科学院大连化学物理研究所 中国科学院大学
摘要： 自从发现TiO2负载金纳米粒子对CO氧化具有催化活性以来,人们努力探索Au/TiO2催化剂上催化活性位点的化学本质.大量研究表明,Au/TiO2催化反应的活性位点位于金颗粒-TiO2载体界面处,催化剂活性通常与界面周长成正比.因此,无论是金颗粒的大小还是二氧化钛表面的化学性质都决定着Au-TiO2界面结构和催化活性,即Au颗粒和二氧化钛表面之间的电子结构和几何相互作用.商用P25是锐钛矿相和金红石相以80/20比例混合的二氧化钛,通常用于负载金纳米粒子.然而,由于P25表面的多样性和复杂性,很难直接区分界面的原子精细结构,给研究载体表面结构对催化性能的影响带了一定困难.设计特定形貌TiO2(合成暴露特定晶面的TiO2),形成均匀的Au-TiO2界面成为研究该课题的突破口.目前,随着纳米材料设计的日渐成熟,氧化物形貌甚至晶面的可控合成已经实现.最近原位透射电镜发现,与TiO2{101}相比金颗粒与TiO2{001}具有更强的相互作用.氧气在773 K焙烧,负载在TiO2{101}的Au粒子通过Ostwald熟化和粒子的迁移聚结而烧结成大颗粒;反之,负载在TiO2{001}上的Au粒子则非常稳定.这主要归结于Au粒子在TiO2{001}上的吸附能比在TiO2{101}上高很多.Au与TiO2{001}的强相互作用可以促进电子从Au纳米粒子到吸附的O2上的转移,从而有利于氧离解和提高CO氧化活性.本文采用水热法合成选择性暴露TiO2{001}和TiO2{101}的锐钛矿TiO2:暴露TiO2{001}比例84%的纳米片(TiO2-S)和19%的纺锤体(TiO2-P),然后分别负载上2nm左右的Au溶胶颗粒并在623 K空气下进行烧结.通过X射线光电子能谱(XPS),高分辨透射电镜(HRTEM/STEM)等表征手段研究了Au纳米粒子的尺寸分布、电子结构以及原子结构.XPS结果表明,Au物种为金属态Au0颗粒.对Au粒子尺寸进行统计,发现在TiO2{001}上的Au粒子尺寸大小无明显变化(2.2nm),而在TiO2{101}上的Au粒子尺寸由2.2nm长到3.1nm.结果
