以金属纳米粒子胶体为前驱体制备高热稳定性金属纳米催化剂的新方法

与金属块体相比，金属纳米粒子由于尺寸效应、宏观量子隧道效应等方面的因素表现出特殊的光、电、磁、热、化学等性能。而在催化材料领域，人们往往可以通过控制合成特定尺寸、组成以及形貌的金属纳米粒子，设计和制备出高性能的纳米金属催化剂。目前金属纳米粒子的控制合成普遍采用湿化学合成法，合成过程中利用稳定剂对成核的金属纳米粒子进行包覆，从而控制合成尺寸均一的金属纳米粒子胶体，并使其稳定地分散在溶剂中，避免团聚。但是，将金属纳米粒子胶体沉积到载体上制备得到的催化剂应用于具体的反应中时，必须要先消除包覆在金属纳米粒子表面的稳定剂暴露金属活性位点。目前常用的方法主要有溶剂萃取和高温焙烧，无法实现在完全消除稳定剂的同时有效控制金属纳米粒子的生长，导致催化剂的活性下降。因此，如何在消除稳定剂的同时，有效控制金属纳米粒子的生长，是纳米催化材料领域中亟需解决的问题。

近日，华东理工大学和美国橡树岭国家实验室的研究人员创新性地提出了一种分步焙烧消除稳定剂的策略（Scheme 1），具体过程是：（1）先将负载Au纳米粒子胶体的催化剂在氮气下进行高温焙烧，将有机物稳定剂转变成炭层包覆Au纳米粒子的表面；（2）将Au纳米粒子表面被炭层包覆的催化剂在空气中进行焙烧，暴露Au活性中心用于各种催化反应（样品标记为Au/TiO₂-T）。在此过程中，通过氮气焙烧在Au纳米粒子表面形成炭层的空间隔离效应有效拟制Au纳米粒子在高温条件下的迁移和碰撞，从而抑制Au纳米粒子在空气焙烧过程中增大。通过优选稳定剂以及氮气的焙烧温度，调变炭层的致密程度和厚度等性质，可强化炭层对Au纳米粒子在空气焙烧中烧结的抑制作用。作为对比，如果直接将负载Au纳米粒子胶体的催化剂置于空气中高温焙烧时（样品标记为Au/TiO₂-T^#），Au纳米粒子的烧结程度非常严重。基于上述不同焙烧过程对催化剂中Au纳米粒子尺寸影响的显著差异，分步焙烧得到的催化剂对于CO氧化反应的活性要远远高于直接空气焙烧得到的催化剂活性。

该方法可广泛适用于以金属纳米粒子胶体为前驱体制备负载型催化剂的过程，不受载体和金属种类的限制。这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是华东理工大学的詹望成副教授，合作者是美国橡树岭国家实验室的张金水博士和戴胜教授。

该论文作者为：Wangcheng Zhan, Yuan Shu, Yujie Sheng, Huiyuan Zhu, Yanglong Guo, Li Wang, Yun Guo, Jinshui Zhang, Guanzhong Lu, Sheng Dai

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Surfactant-assisted stabilization of Au colloids on solids for heterogeneous catalysis

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 4494-4498, DOI: 10.1002/anie.201701191