【催化】Angew. Chem.：精确原子数氧化钛纳米颗粒氧化一氧化碳学术资讯

来源：X一MOL资讯

精准控制纳米颗粒的元素组成、配比以及尺度范围对功能化材料的设计和优化非常关键。凝聚相催化科学研究在控制纳米颗粒的尺寸精度方面已取得重大进展。特定尺度的纳米颗粒通常具有结构多样性的特点，实验表征获得的催化性能和结构性质来源于统计平均，较难准确建立催化剂的构-效关系。如何在原子精度上获得纳米颗粒的反应性能随元素组成、配比以及尺度“连续变化”的衍变规律，是纳米催化领域极具挑战性的前沿课题之一，尤其是二元或多元纳米颗粒体系。

氧化钛是催化一氧化碳（CO）氧化、水裂解、污染物降解等化学过程的一类重要催化剂。2013年，中国科学院化学研究所团队采用可以准确控制元素组成和原子数目的气相团簇方法，测量了大到Ti25O76-的氧化钛纳米颗粒阴离子的氧化性能随元素配比和尺度的变化规律。但是，受限于纳米尺寸团簇的信号强度以及团簇质谱仪器的分辨率，未能获得更大尺度氧化钛纳米颗粒的反应性能。

近日，中国科学院化学研究所和华北电力大学团队借助自行设计的高分辨率纳米尺寸团簇质谱仪，成功制备了原子数目和元素配比明确的更大尺度氧化钛纳米颗粒阴离子（TinOm‒, n → 60，总原子数约为180），并观测到其氧化CO的行为随元素配比和尺度“连续变化”的衍变规律：元素配比为TinO2n+1‒的纳米颗粒在n = 5–60的尺度范围内均可以相近的活性氧化CO生成CO2。相反，其它元素配比的纳米颗粒TinO2n+m‒（m ≠ 1）呈化学惰性。导致该行为差异的根源在于TinO2n+1‒纳米颗粒阴离子的结构中含有高活性的原子氧自由基。根据以往研究经验，利用较Ti元素多一个价电子的第VB族金属元素取代中性TinO2n+1纳米颗粒中的一个Ti原子，有望制备出类似于TinO2n+1‒反应性能的中性氧化物纳米颗粒。该研究不仅为高催化活性氧化钛纳米颗粒的设计提供了潜在的构筑单元，而且为凝聚相研究广泛提出的CO氧化遵循的Mars-van Krevelen机理提供了分子层次上的实验证据。

图1. TinOm-纳米颗粒与CO反应的质谱图。

相关结果发表于Angewandte Chemie International Edition 期刊上，文章的共同第一作者是中国科学院化学研究所副研究员赵艳霞和华北电力大学硕士研究生王萌萌。

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