STEM-bilder och EDS-kartläggning av SiO2 modifierad guld nanokatalysator (vänster) och CO-omvandling mot temperatur för olika cykler (höger). Kredit:ZHANG Junying
En gemensam forskargrupp ledd av professor Huang Jiahui och prof. Qiao Botao från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), samt Prof. Sun Keju från Yanshan University, utvecklat en anti-sintring guld nanokatalysator med hög katalytisk aktivitet. Resultaten publicerades i Naturkommunikation .
Guld nanokatalysatorer har uppvisat oväntade katalytiska aktiviteter i många katalytiska reaktioner, och betraktats som en sorts lovande katalysatorer för industriell tillämpning. Dock, deras låga stabilitet härrörde från den lätta sintringen av guldnanopartiklar är en stor barriär.
Strategier som att använda den starka interaktionen mellan metallen och stödet, beläggning av katalysatorerna med inert oxid, att använda mesoporösa material för att begränsa ädelmetallpartiklar kan effektivt förbättra sintringsmotståndet hos guldnanokatalysatorer. Dock, dessa framsteg uppnås till priset av att aktiviteten förloras i olika utsträckning.
Nyligen, den gemensamma forskargruppen utarbetade en SiO 2 modifierad guld nanokatalysator genom samdeponering av guld och kiseldioxidprekursorer på TiO 2 stöd och efterföljande högtemperaturkalcinering.
Denna metod realiserar blandningen av guldarter och kiseldioxidarter på atomnivå. Genom den efterföljande kalcineringsprocessen, en SiO 2 film med endast en tjocklek av ett fåtal atomlager bildades, täcker ytan av guldnanopartiklar.
Denna katalysator uppvisade mycket sintringsresistenta egenskaper och guldnanopartiklar kunde hålla sig vid cirka 6 nm även efter 800 °C kalcinering. Den visade också utmärkta katalytiska egenskaper och kunde realisera 100 % omvandling av CO vid 0 °C vid CO-oxidation.
Experiment tillsammans med beräkningsstudier visade att SiO 2 lager över guldnanopartiklar förhindrade inte bara tillväxten av guldnanopartiklar, men främjade också adsorptionen och aktiveringen av O 2 under CO-oxidation, vilket resulterar i en hög katalytisk aktivitet. Fyndet banar väg för design och utveckling av guld nanokatalysatorer med utmärkt stabilitet och hög katalytisk aktivitet.
