《国家科学评论》NSR：构建中空介孔二氧化硅纳米反应器以增强Au-Pt催化剂的光氧化

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2020-04-26

伯醇氧化成羧酸在有机化学和化学工业中具有重要意义，其氧化产物可以用来制备各种药物和有用的化学品。光催化氧化技术是一种利用太阳光在常温下实现选择性氧化的绿色可持续技术。为了开发具有宽吸收范围和高效电子-空穴分离的优良光催化剂，通常用金属纳米粒子(如Au和Pt)进行表面修饰可以使光激电子快速转移到表面活性中心。因此，结合Au的表面等离子体共振(SPR)效应和Pt的活化效应的优点，进一步提高可见光下的催化氧化效率，有望成为Au和Pt双金属催化剂的理想选择。中空结构材料在催化、药物释放和输送、能量储存和转换等方面显示出巨大的应用潜力。然而开发一种简便、温和的合成方法来同时制备高效的中空光催化纳米反应器仍然是一个巨大的挑战，该空心光催化反应器的壳层应具有有序的多孔通道，金属位置可控，光谱利用率高，传质和扩散可控。

有鉴于此，中科院大连化物所刘健教授，悉尼大学黄骏教授报道了在介孔二氧化硅中构建负载双金属催化剂的中空结构亚微米光反应器。在温和的水热条件下，核-壳结构沸石咪唑骨架(ZIF)-8@SiO₂发生向中空结构二氧化锌复合材料的自发相变。

文章要点

1）研究人员在ZIF-8分子筛表面包覆一层SiO₂，然后进行水热处理，得到一种中空的“纳米反应器”，即中空的介孔二氧化锌(HMZS)。Au、Pt金属和Au/Pt金属合金纳米颗粒可以成功地包裹在空心结构中。此外，该方法可以推广到壳体厚度的控制上，以了解空心结构的演化过程。

2）所制得的AUPt合金催化剂的光催化活性远高于单金属催化剂，有效地抑制电子-空穴复合。

3）AUPt@HMZS催化剂的主要特点如下：(i)Au-Pt合金颗粒与壳层之间的中空空隙为光催化氧化反应提供了均匀的化学微环境。（ii)空心结构的形成可以通过多次光散射增强捕光过程。（iii)层次化微-介孔-大孔结构的形成有利于电子空穴输运、反应物的吸附和产物的脱附。（iv)通过外壳的保护可以抑制催化AUPt合金颗粒的团聚。

该合成策略是合理设计复杂的中空结构光催化剂的唯一途径。

Hao Tian, et al, Construction of hollow mesoporous silica nanoreactors for enhanced photo-oxidations over Au-Pt catalysts, National Science Review, 2020

DOI：10.1093/nsr/nwaa080

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa080