新型納米催化劑

原子層沉積（atomic layer deposition，ALD）是一種先進的薄膜沉積技術。利用ALD的技術特點和優勢，可設計合成新型高效納米催化劑，並可精確地調控催化劑的表界面結構。中國科學院山西煤炭化學研究所煤轉化國家重點實驗室研究員覃勇帶領的研究團隊，利用ALD技術設計製備出一種多重限域的Ni基加氫催化劑。與未限域的催化劑相比，多重限域的Ni基催化劑對於肉桂醛以及硝基苯的加氫催化反應的活性、穩定性得到顯著的提高。相關工作近日發表在Angew. Chem. Int. Ed.。 ^[1] 

金屬—氧化物載體的界面結構強烈影響多相催化劑的性能。精確地設計、調控界面結構，對於新型高效催化劑的製備非常重要。該研究團隊利用ALD技術，以碳納米螺旋或者碳納米管為模板，在模板表面首先沉積NiO納米粒子，然後再沉積Al₂O₃納米薄膜，經過煅燒、還原處理後，得到氧化鋁納米管（ANT）包覆的Ni催化劑（Ni-in-ANTs）。這樣的途徑使得Ni粒子不僅被限域在氧化鋁納米管中，還被嵌在氧化鋁納米管內壁的凹坑中，稱之為多重限域。改變NiO納米粒子和Al₂O₃納米薄膜的沉積順序，經過煅燒、還原處理，製備出Ni粒子負載在納米管外壁的未限域催化劑（Ni-out-ANTs）。大量的表徵結果證明，二者具有相同的Ni含量、Ni納米粒子尺寸、氧化鋁納米管管壁厚度、孔道結構以及Ni還原度。然而，對於肉桂醛以及硝基苯催化加氫反應，Ni基多重限域催化劑的活性遠遠高於未限域的催化劑。這是由於限域催化劑中的Ni粒子被限域在氧化鋁納米管內壁的凹坑中，具有了更多的Ni-Al₂O₃界面位點，其金屬-載體之間的相互作用更強，促進了氫溢流現象，從而提高了催化劑的加氫反應活性。另外，氧化鋁納米管可以保護限域在其中的Ni粒子，阻止其在反應中脱落、溶釋，使得多重限域催化劑比未限域的催化劑具有更好的循環使用穩定性。 ^[1] 

該方法具有普適性，可以用來合成其他體系的限域催化劑，用於催化不同的反應，為未來高效納米催化劑的設計提供了重要的科學參考。 ^[1]