0411-83693482
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近日，我所催化與新材料研究室黃延強研究員、張濤院士團隊在調控費托合成反應中CO解離的作用機制方面取得進(jìn)展，研究發(fā)現：在還原過(guò)程中Ru納米顆粒(NPs)上形成的TiOx覆蓋層可直接參與C-O鍵的解離，從而顯著(zhù)提高其在費托合成反應的活性。
費托合成反應可以將非石油資源（煤、天然氣、生物質(zhì)等）經(jīng)合成氣轉化為具有高附加值的燃料或化學(xué)品，為發(fā)展替代能源提供了一條技術(shù)路線(xiàn)。在費托合成反應中，CO解離并進(jìn)一步加氫形成CHx中間物種的步驟至關(guān)重要，通常發(fā)生在Fe、Co、Ru金屬表面，其中金屬Ru表現出最優(yōu)的反應性能。然而，Ru基催化劑存在明顯的粒徑效應，8 nm左右的Ru NPs才具有較高的費托反應活性，這嚴重降低了貴金屬Ru的利用效率。開(kāi)發(fā)高分散、高活性的Ru基費托合成催化劑具有重要的意義。
該團隊利用金紅石型RuO2與TiO2晶型相同、晶格匹配度高的特點(diǎn)，成功合成了高分散、高穩定的Ru/TiO2催化劑，其中Ru NPs粒徑僅為2 nm左右，經(jīng)600 ℃高溫還原處理后粒徑未發(fā)生明顯變化。該團隊通過(guò)改變催化劑的還原溫度，實(shí)現了金屬-載體強相互作用程度的可控調節，獲得了具有不同金屬-載體界面結構的Ru/TiO2催化劑。研究表明，在適宜的金屬-載體界面協(xié)同作用下，約2 nm的Ru NPs可以在溫和條件下（160 ℃）表現出優(yōu)異的費托反應活性，其TOF值是目前文獻報道的最高值。通過(guò)多種表征技術(shù)并結合理論計算發(fā)現：利用金屬-載體強相互作用形成的TiOx覆蓋層可直接參與C-O鍵的解離，從而顯著(zhù)提高了Ru基催化劑的費托反應活性。本工作不僅揭示了金屬-載體強相互作用在費托合成反應中的催化作用機制，還為其他高分散金屬催化劑的設計提供了新思路。
