理化所實(shí)現(xiàn)NiO修飾Ni納米顆粒可見光催化制備高級烴類

　　CO加氫高溫高壓制備高級烴類（又稱為費(fèi)托反應(yīng)）是煤間接液化技術(shù)之一，在第二次世界大戰(zhàn)期間投入大規(guī)模生產(chǎn)，是替代石油、實(shí)施煤碳潔凈高值利用的重要技術(shù)，在工業(yè)和學(xué)術(shù)界引起科研工作者的極大關(guān)注。眾多費(fèi)托催化劑中，Ru、Co、Fe基催化劑應(yīng)用最為廣泛。Ni基催化劑因?yàn)槠銫-C偶聯(lián)效率低下，更趨向于催化生成低值的甲烷，Ni基催化劑又被稱為甲烷化催化劑。鑒于費(fèi)托反應(yīng)的重要意義，發(fā)展新的清潔、綠色的新型能源路線，特別是在溫和條件下提高Ni基催化劑高選擇合成高附加值的高碳烷烴，依舊是一個挑戰(zhàn)。

　　相比傳統(tǒng)高溫高壓的熱催化轉(zhuǎn)化過程，太陽能光催化技術(shù)具有室溫常壓深度反應(yīng)、可直接利用太陽能作為光源來驅(qū)動反應(yīng)等獨(dú)特優(yōu)勢，作為一種理想的潔凈能源生產(chǎn)和污染治理技術(shù)而備受矚目。近期，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所超分子光化學(xué)研究團(tuán)隊研究員張鐵銳課題組及合作者合成了部分NiO層修飾Ni的納米結(jié)構(gòu)，可以在低溫常壓下利用可見光驅(qū)動CO加氫制備高級烴類，C2+選擇性高達(dá)60%，且催化穩(wěn)定性優(yōu)越。在題為Oxide-Modified Nickel Photocatalyst for the Production of Hydrocarbons in Visible Light 的文章中，研究人員通過簡單的煅燒-氫氣還原方法，將水滑石載體可控還原為Ni/NiO納米結(jié)構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了NiO納米層部分錨定Ni納米顆粒的調(diào)控。利用X射線精細(xì)結(jié)構(gòu)衍射、原位X射線光電子能譜以及透射電子顯微分析等手段原位跟蹤了NiO/Ni納米結(jié)構(gòu)的生成過程，表面NiO層和Ni納米顆粒之間豐富的界面，改變了NiO/Ni納米結(jié)構(gòu)的電子環(huán)境。該獨(dú)特的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了可見光下CO的活化，進(jìn)一步促進(jìn)了催化劑表面的C-C偶聯(lián)，促進(jìn)了可見光催化CO加氫制備高碳烴，且催化劑具有非常好的循環(huán)穩(wěn)定性。沒有界面結(jié)構(gòu)的NiO和Ni納米顆粒沒有明顯的高碳烴選擇性。通過理論計算和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的手段，進(jìn)一步證實(shí)了具有豐富界面的NiO/Ni納米結(jié)構(gòu)，改變了CO加氫中間CH2*物種的吸附反應(yīng)路徑，進(jìn)而反應(yīng)更趨向于高級烴類的生成。催化劑合成方法簡單，成本低廉，更重要的是，該催化過程采用低溫常壓等綠色低能耗工藝，提供了利用非貴金屬太陽能驅(qū)動合成燃料化學(xué)品的可能性。

　　相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際化學(xué)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被選為當(dāng)期“熱點(diǎn)（hot paper）”向讀者重點(diǎn)推薦。該研究結(jié)果隨后被英國皇家化學(xué)會Chemistry World 以New photocatalyst shows promise for fuel production 為題進(jìn)行了亮點(diǎn)報道，著名光催化專家、西班牙瓦倫西亞理工大學(xué)教授Hermenegildo Garcia對該催化材料的成功研制給予了高度肯定。

　　相關(guān)研究工作得到了科技部國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計劃、國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金項目、青年基金、國家“萬人計劃”-青年拔尖人才支持計劃、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重大突破項目的大力支持。