非贵金属纳米催化剂的研制取得重要进展

中国科学技术大学的曾杰教授课题组在非贵金属纳米催化剂CuNi合金纳米晶研制上取得重要进展。研究人员利用富氢试剂吗啉硼烷在分解过程中快速产氢的特性，通过调节反应动力学分别合成出了CuNi合金八面体和立方体纳米晶。在A3偶联反应中，暴露出{100}晶面的CuNi合金立方体催化活性高于暴露出{111}晶面的八面体，且催化活性对于合金组分呈现出火山模型。结合密度泛函理论，研究人员发现在同一组分下，{100}晶面的表面能高于{111}晶面的表面能，导致立方体的催化活性高于八面体。在相同晶面下，纳米晶的表面能随Cu比例的降低而升高，并且表面能与催化活性成正相关关系；然而在催化过程中，由于Cu提供A3偶联反应的催化活性位点，当Cu比例过低时，催化剂中活性位点大大减少，导致催化活性的降低。因此火山模型的形成是由于合金纳米晶催化剂表面能与催化活性位点竞争的结果。该项研究对设计和开发表面晶面和组分可控的非贵金属纳米晶具有指导意义。

不同组分CuNi八面体和立方体纳米晶在A3偶联反应中的催化性能

该项研究成果发表于《J. Am. Chem. Soc.》上。

http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b08289