ACS Catal：NiO配位环境对催化活性的影响

纳米技术

2021-07-21

与金属纳米粒子在催化反应中的重要性非常类似，过渡金属氧化物催化同样非常重要，在催化领域中能够驱动超过一半的催化反应，因此揭示过渡金属氧化物与催化活性之间的关系能够促进发展高催化反应选择性和反应活性的先进催化剂。有鉴于此，马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所Robert Schlögl、英国女王大学胡培君、堪萨斯大学Franklin Tao等报道研究不同晶面暴露的NiO纳米晶在CH₄完全氧化反应中的催化活性区别，作者通过相关实验、理论计算模拟，揭示不同晶面暴露的NiO具有不同催化反应活性，这种催化反应活性区别是因为催化剂表面Ni的配位环境不同，导致CH₄分子的活化和氧化反应产生区别。

本文要点：

（1）

分别合成了暴露晶面(110)的NiO纳米片、暴露(100)晶面的NiO纳米立方、暴露(111)晶面的NiO八面体。其中(110)晶面、(100)晶面、(111)晶面上的Ni原子配位数具有区别，分别与4个氧原子、5个氧原子、6个氧原子配位。考察催化反应活性，发现(110)晶面具有最好的甲烷氧化催化活性，说明配位数对催化反应活性的巨大影响。作者通过DFT计算，验证了和实验结果类似的结果。

（2）

作者认为这种配位环境对催化反应活性的影响说明离子的配位环境对NiO的催化活性影响非常关键，有助于从分子级别理解催化剂的催化活性。本文研究为发展高催化活性和催化反应选择性的过渡金属氧化物催化剂提供经验和指导，为设计特定配位环境催化位点的过渡金属氧化物催化剂、通过界面空穴活化过渡金属氧化物的催化活性提供方法。

参考文献

Shiran Zhang, Yuting Li, Ziyun Wang, Yu Tang, Xing Huang, Stephen D. House, Hao Huang, Yan Zhou, Wenjie Shen, Judith Yang, Chengzhi Wang, Yongjie Zhao, Robert Schlögl*, Peijun Hu*, and Franklin Tao*, Coordination Number-Dependent Complete Oxidation of Methane on NiO Catalysts, ACS Catal. 2021, 11, 9837–9849

DOI: 10.1021/acscatal.1c01455

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c01455