报告题目： 活性金属团簇-氧空位协同催化水煤气变换反应

主讲人： 贾春江 教授

时间：2021年9月5日 14:30-17:00

地点：海映楼（原生物楼） 412 会议室

主讲人简介：

贾春江，理学博士，教授，博士生导师。入选国家优青、山东省泰山学者、德国洪堡学者。目前担任中国化学会无机化学学科委员会委员，中国化学会青年工作者委员会委员；《大学化学》、《中国科学 化学》、《无机化学学报》青年编委。近期的研究工作主要集中在稀土催化材料方面的研究。近五年以通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.、ACS Catal. 等刊物发表论文50余篇。曾获霍英东基金会高校青年教师奖、山东省优秀硕士学位论文指导教师奖和山东大学“我心目中的好导师”等奖项。

报告摘要：

负载型Au催化剂在多种反应中体现出了优异的催化活性，但对于催化反应中负载型Au催化剂的活性位点指认仍是一个挑战。我们在二氧化铈纳米棒载体上分别用沉积沉淀法和胶体沉积法制备出了Au负载量相当的Au团簇和Au颗粒催化剂。水煤气变换反应活性评价显示出Au团簇催化剂活性远高于Au颗粒催化剂。原位漫反射红外光谱结果证实Au^α+是吸附CO的重要位点，而桥连羟基是重要的反应中间物种。同时，原位拉曼测试结果显示，催化剂表面的氧空位能促进水的解离从而加快水煤气变换反应进程。Au团簇与氧空位协同催化，保证了反应物分子的吸附与活化。此外，我们将金属与氧空位的协同催化策略扩展到了Pt/γ-Mo₂N体系。我们采用乙二醇回流法制备出了Pt/γ-Mo₂N催化剂，其中Pt以单原子的形式存在。之后，采用原位还原将Pt单原子转化为Pt团簇。水煤气变化反应性能评价结果显示出Pt/γ-Mo₂N催化剂具备非常优异的水煤气变换反应催化活性和长期稳定性，远超以往文献中报道的其他催化剂。其在240 ºC的测试温度下，其反应速率高达16.5 mol_CO mol_Pt⁻¹s⁻¹。原位表征结果发现，在Pt/γ-Mo₂N催化剂表面存在的薄层MoO₃结构在反应过程中极易失氧变为富含氧空缺的MoO_x（2 ˂ x ˂ 3）结构。结合实验探究和理论计算的结果，我们发现Pt团簇能够活化CO分子，而MoO_x表面能促进水分子的活化解离，催化剂表面的Pt团簇与氧空缺协同作用加快了反应的进行。本工作不仅开发出了具备优异水煤气变换反应活性的Pt/γ-Mo₂N催化剂，并且开创性地揭示了催化剂在反应过程中的真实活性表面为MoO_x而非Mo₂N，进一步发展了活性金属团簇与表面氧空缺的协同催化策略。