Science：基于表面無機金屬化學制成的負載型雙金屬納米粒子的通用合成方法

【前言】

包含雙金屬納米顆粒(NPs)的多相催化劑被用于許多石化過程，包括選擇性加氫，脫氫以及乙酰氧基化。近年來，雙金屬NPs已經用于生物質轉化、電催化和許多其他催化過程。雙金屬NPs與母體金屬相比催化性能的差異源于其獨特的幾何和電子結構以及兩種金屬之間的協同效應。特別的是，合成方案對雙金屬NPs的結構、電子以及催化性能至關重要。傳統的浸漬方法通常會導致粒度和成分不均勻的雙金屬NPs形成。合成雙金屬NPs的新策略包括膠體合成、表面有機金屬化學、原子層沉積、金屬陽離子的共吸附和共還原以及碳熱沖擊合成。盡管如此，合成超小(< 3 nm直徑)負載的雙金屬NPs仍然具有挑戰性，該雙金屬NPs具有明確的化學計量和組成金屬之間的緊密性。

【成果簡介】

具有明確化學計量和組成金屬間緊密性的超小負載雙金屬納米粒子(直徑在1到3nm之間)的合成仍然是一項重大挑戰。近日，來自美國路易斯安那州立大學的Kunlun Ding（通訊作者）在Science上發表文章，題為“A general synthesis approach for supported bimetallic nanoparticles via surface inorganometallic chemistry”。作者通過表面無機金屬化學方法合成了10種不同的負載型雙金屬納米粒子，通過分解和還原表面吸附的異金屬雙絡合鹽，這種鹽很容易在二氧化硅基底上連續吸附目標陽離子和陰離子。例如，吸附四氨合鈀(II) [Pd (NH₃)₄²⁺]然后吸附四氯鉑酸鹽[PtCl₄^2-]用于形成鈀-鉑(Pd-Pt)納米顆粒。這些負載的雙金屬納米顆粒在乙炔選擇性加氫中顯示出增強的催化性能，這清楚地表明了組成金屬之間的協同效應。

【圖文導讀】

圖1. 負載型雙金屬納米粒子的示意圖和電子顯微鏡分析

(A)合成負載型雙金屬NPs的表面無機金屬化學的A示意圖。

(B)用該方法合成的10種負載型雙金屬納米粒子的HAADF-STEM圖像。

圖2. DCSs和參考化合物的XPS和UV - vis光譜

右側顯示了[Pd(NH₃)₄][PtCl₄]/SiO₂的結構。與Pd和Pt金屬中心之間的金屬相互作用相關的吸收帶用虛線標出。

圖3. 簡化后DCSs的結構演

(A)通過順序吸附合成的未還原的[Ru(NH₃)₆][IrCl₆]/SiO₂的HAADF - STEM圖像。

(B) Ir LIII邊緣各種含Ir樣品的EXAFS光譜的傅里葉變換。

圖4. 負載型雙金屬NPs的催化和紅外研究

(A和B)負載型單金屬和雙金屬NPs在乙炔加氫中的催化性能。

(C)吸附在各種催化劑上的CO分子的紅外光譜。

【總結】

作者探索了通過還原異質金屬雙絡合鹽(DCS)前驅體來制備負載型雙金屬NPs，這與常規前驅體的不同之處在于兩種金屬的化學計量和親密度已經確定。盡管DCSs在無機金屬配位化合物的研究中受到極大關注，但是它們的溶解性差極大地阻礙了它們在許多領域的應用。使用DCS前驅體合成負載型雙金屬催化劑的成功有限。由于本體DCSs和催化劑載體之間缺乏相互作用，DCSs在載體表面上的沉積不太可控。作者沒有從溶液中沉積DCSs，而是通過連續吸附絡合金屬陽離子和陰離子，可以直接在基底上合成異金屬DCSs。

文獻鏈接：A general synthesis approach for supported bimetallic nanoparticles via surface inorganometallic chemistry, (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aau4414)

本文由材料人編輯部學術組Z,Chen供稿，材料牛整理編輯。

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