青島能源所開發(fā)出硫醇輔助策略
軍工資源網(wǎng) 2023年03月27日碳載金屬催化劑是多相催化領(lǐng)域中研究最多的催化劑之一，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、精細(xì)化工等催化過程。由于熱力學(xué)不穩(wěn)定性以及與碳載體的相互作用較弱，載體表面的金屬納米顆粒經(jīng)常出現(xiàn)脫落、團(tuán)聚等現(xiàn)象，導(dǎo)致催化劑性能降低。將金屬納米顆粒限域到多孔碳的孔隙內(nèi)，被認(rèn)為是提高催化穩(wěn)定性的有效方法。通常，限域催化劑主要通過后封裝和和原位封裝策略制備，其中原位封裝策略在概念上被認(rèn)為是更直接、更可控的方法，但存在金屬團(tuán)聚、孔結(jié)構(gòu)破壞等風(fēng)險(xiǎn)。因此，亟需設(shè)計(jì)新的制備方法實(shí)現(xiàn)金屬顆粒在多孔碳孔隙的原位封裝。
近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員王光輝帶領(lǐng)的多孔催化材料研究組，開發(fā)了一種通用的硫醇輔助策略。該策略利用配位化學(xué)和親疏水作用，直接將S摻雜PtCo合金納米顆粒原位封裝于介孔碳材料內(nèi)（S-PtCo@MC）。合成過程中，疏水性硫醇通過親疏水作用進(jìn)入三嵌段共聚物（Pluronic P123）形成的球形膠束的疏水核中，然后通過配位作用將金屬前驅(qū)體引入膠束內(nèi)部，從而使金屬顆粒在球形介孔內(nèi)的原位封裝。在熱解階段，硫醇配體分解促使S在納米PtCo合金中的摻雜。該策略操作簡易、過程簡單，僅需水熱和碳化兩步過程，過程易于放大，在1L容量反應(yīng)釜中，單批次可以獲得21.5g催化劑。合成的S-PtCo@MC在酸性條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的析氫活性，在10mAcm-2電流密度下過電位為23mV，塔菲爾斜率為23mVdec-1。與商用Pt/C、對(duì)比催化劑相比，該催化劑的穩(wěn)定性明顯提高，證明了S摻雜和原位封裝的優(yōu)勢。此外，這一策略通過調(diào)整金屬前驅(qū)體組成可以廣泛合成多種封裝金屬催化劑，包括單金屬（Pt、Pd和Rh），雙金屬（PtZn和PdRh）和三金屬（PdPtRh）催化劑。
相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、山東自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、青島能源所等的支持。
