我国学者发现金属纳米催化剂尺寸效应

本报合肥1月20日电(记者)记者从中国科技大学获悉，该校教授和李教授的研究团队首次联合揭示了金属纳米催化剂的几何效应和电子效应随尺寸变化对催化反应的调节作用，并创造性地提出了一种拆分和剥离金属颗粒几何效应和电子效应的策略——金属纳米颗粒的氧化物选择性封装。在具有重要应用背景的铂催化苯甲醇选择性氧化制苯甲醛中，实现了高活性和高选择性转化。

由于金属纳米催化颗粒的几何结构和电子结构随其尺寸同步变化，人们无法有效区分这两种结构效应对催化活性、选择性和尺寸依赖性的贡献。如何揭示金属催化剂尺寸效应的内在本质，打破几何结构效应与电子结构效应和粒度之间的强相关性，进而优化设计性能更好的催化剂是多相催化领域的一大挑战。

研究人员发现，在大于4纳米和小于4纳米的粒子上，几何效应和电子效应分别控制着主导反应的性能，从而使得催化反应的选择性和活性随着粒子大小呈现出“火山”变化趋势。在此基础上，通过4个纳米粒子的低配位原子的“氧化物选择性包封”，有效抑制了副反应的发生，获得了具有高比质量活性和高选择性的催化剂。

本文提出的金属纳米粒子“氧化物选择性封装”策略不仅能有效地分割剥离金属粒子的几何效应和电子效应，还能打破催化性能随粒子尺寸变化的“火山”曲线。该策略为理解催化反应中的几何效应和电子效应提供了有效的手段，也为设计高活性和高选择性的金属催化剂提供了重要的指导。