上海應(yīng)物所等在亞納米鐵氧簇催化劑研究中取得進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所材料與能源部研究員司銳和山東大學(xué)教授賈春江、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬超博士合作，在二氧化鈰負(fù)載的亞納米級鐵氧團(tuán)簇催化劑的制備及在催化費(fèi)托合成反應(yīng)的構(gòu)效關(guān)系方面取得進(jìn)展。其研究結(jié)果以全文形式發(fā)表在國際催化期刊《美國化學(xué)會·催化》（ACS Catalysis, 2016, 6，3072-3082）上。

　　由于高比例暴露的界面活性位點(diǎn)，亞納米團(tuán)簇催化劑往往表現(xiàn)出較普通納米尺寸的催化劑更為優(yōu)越的催化活性。以往有關(guān)亞納米催化劑的研究涉及的大多為貴金屬相關(guān)的原子或團(tuán)簇級催化劑的構(gòu)建，而對于活性較高且更為經(jīng)濟(jì)適用的過渡金屬催化劑的研究相對空白。此外，在能源催化領(lǐng)域中至關(guān)重要的費(fèi)托合成反應(yīng)（CO+H2→(CH)x+H2O）中，由于催化劑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和反應(yīng)條件的苛刻，費(fèi)托合成催化劑的構(gòu)效關(guān)系一直是研究的難點(diǎn)。針對以上問題，司銳與賈春江、馬超等三個課題組緊密合作，充分利用二氧化鈰負(fù)載的亞納米級鐵氧團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)單一性，使用同步輻射X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜（XAFS）和球差矯正的高分辨透射電子顯微鏡（Cs-corrected HRETM）結(jié)合電子能量損失譜（EELS）深入系統(tǒng)考察了Fe-Ox-Fe團(tuán)簇和Fe-Ox-Ce團(tuán)簇催化劑在費(fèi)托合成反應(yīng)的結(jié)構(gòu)演變過程。結(jié)合對不同反應(yīng)時間下Fe原子的電子結(jié)構(gòu)及短程配位信息（Fe-O、Fe-Fe及Fe-Ce）的考察，推測并驗(yàn)證出，有弱相互作用力的Fe-O-Fe團(tuán)簇在催化費(fèi)托合成的反應(yīng)中具有更為優(yōu)越的性能。該工作為在原子層次考察負(fù)載型催化劑的結(jié)構(gòu)變化及構(gòu)效關(guān)系提供了重要的實(shí)驗(yàn)方法，對于其他類似催化劑體系的精細(xì)結(jié)構(gòu)表征也具有指導(dǎo)意義。三位評審者對該工作給予了充分肯定，其中兩位審稿專家給予領(lǐng)域內(nèi)Top10%的高度評價。

　　上海應(yīng)物所的楊琦博士和山東大學(xué)的博士研究生付信樸為論文的共同第一作者，相關(guān)XAFS測試在上海光源BL14W1線站、美國APS光源20-ID-B線站上完成。該工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院百人計劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)納米專項(xiàng)的共同支持。

球差電鏡-電子能量損失譜和XAFS譜共同解析亞納米級鐵氧團(tuán)簇結(jié)構(gòu)