双金属纳米催化剂研究取得进展

近日，上海应用物理研究所材料与能源部的司锐研究员与山东大学贾春江教授课题组、中国科技大学/湖南大学马超博士合作，利用同步辐射X射线吸收精细结构谱（XAFS）表征平台，在氧化铈负载的双金属催化剂“构效关系”研究方面取得进展，相关论文已发表在英国皇家化学会的《物理化学-化学物理》(Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, 14533-14542)和《无机化学前沿》(Inorg. Chem. Front., 2017, 4, 2059-2067)杂志上。

一氧化碳氧化(CO + O₂ → CO₂)是理想的催化模型反应，已被广泛用于研究氧化物负载的金属催化剂的活性物种及其催化“构效关系”。早期的结果表明：纳米氧化钴催化剂对于一氧化碳氧化反应具有显著活性，然而关于辅助掺杂金属对于活性的正/负作用，其争论却长期存在。司锐课题组通过沉积-沉淀法制备了氧化铈负载的氧化钴-氧化锰催化材料，并利用XAFS测试手段，结合X射线吸收近边谱(XANES)线性拟合以及扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)数据拟合等分析方法，发现了氧化锰的引入提高了氧化钴的晶化尺寸，进而增加了其一氧化碳氧化反应的催化活性。该工作对于在纳米尺度上理解活性氧化钴结构具有重要的指导意义(Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, 14533-14542)。

在能源催化领域中至关重要的费托合成反应（CO + H₂ → C_xH_y + H₂O）中，由于催化剂结构的复杂和反应条件的苛刻，费托合成催化剂的构效关系一直是研究的难点。针对以上问题，司锐课题组通过沉积-沉淀法制备了氧化铈负载的氧化铁-氧化钌催化材料，并利用XAFS测试手段，结合XANES线性拟合以及EXAFS数据拟合等分析方法，发现了氧化铁团簇（Fe_xO_y）在费托合成反应中可原位转变为单离子铁（Fe^d+）结构。该工作发展了人民对于单原子/单离子结构形成机制的认知(Inorg. Chem. Front., 2017, 4, 2059-2067)。

材料与能源部的王旭博士生是上述两篇论文的第一作者，相关XAFS实验在上海光源BL14W1线站上完成，该工作得到了国家自然科学基金(21373259)、中科院战略性先导纳米专项(XDA09030102)的共同资助。

二维四氧化三钴物相结晶度对一氧化碳氧化活性影响示意图

铁元素在二氧化铈纳米棒上的球差校正电镜照片（左）以及相关的EXAFS谱图（右）