ACS Catal：Bi调控Pd3Bi金属间合金的表面结构与催化活性

纳米技术

2022-08-12

金属催化剂的原子结构调控，尤其是表面催化活性的结构调控，是改善催化活性的关键。

有鉴于此，大连理工大学张光辉、中科院大连化学物理研究所刘伟、普渡大学Jeffrey T. Miller等报道通过调节Bi担载量的方式调节Pd-Bi合金材料体系表面Pd原子的配位环境，因此得以改善催化剂的丙烷脱氢反应、乙炔半加氢反应性能。

本文要点：

（1）

通过原位XAS、原子分辨率TEM和元素分布、FTIR、原位XPS等表征方法研究Pd-Bi合金催化剂在改变Bi含量的过程中，表面/体相结构的变化。在较低的Bi担载量，催化剂纳米粒子部分转变为Pd-Bi金属间化合物，因此部分合金化的表面具有比Pd更好的催化活性；

当Bi的担载量提高，形成Pd -Pd₃Bi核-壳结构，催化剂的选择性、催化反应速率和选择性都得到提高，其中的Pd₃Bi的金属间表面结构中，相邻的Pd原子之间相互存在距离，因此形成相互分离的催化位点，与Pd纳米粒子相比，具有显著增强的PDH丙烯选择性（>95 %），乙炔半加氢制乙烯选择性（80 %）；

当Bi的担载量进一步增加，催化剂完全形成Pd₃Bi。但是当Bi的担载量再提高，在催化剂的表面形成一层BiO_x，导致催化活性降低。

（2）

这项工作展示了当担载不同量的金属促进剂，对金属间合金催化剂的表面和体相结构产生不同影响，尤其是催化剂的催化活性不仅取决于合金结构，还将显著的受到纳米氧化物促进剂的影响。研究结果说明合金催化剂具有改善的反应选择性、反应速率、稳定性，但是优化反应性能不仅仅简单的形成双金属纳米粒子，促进剂的其他性质，包括还原金属原子的半径、金属间化合物的对称性、多余促进剂的移动和控制表面合金结构覆盖度的能力、催化活性纳米粒子表面是否存在氧化物覆盖层等问题，都能够影响催化性能。通过合适的表征技术，能够表征合金纳米粒子的结构、催化活性表面、纳米催化活性相等。总之，这项研究结果说明合金催化剂的催化活性不仅由合金结构决定，还受到非催化作用的促进剂的显著影响。

参考文献

Wenqing Zhang, Xiaoben Zhang, Jianyang Wang, Arnab Ghosh, Jie Zhu, Nicole J. LiBretto, Guanghui Zhang*, Abhaya K. Datye, Wei Liu*, and Jeffrey T. Miller*, Bismuth-Modulated Surface Structural Evolution of Pd₃Bi Intermetallic Alloy Catalysts for Selective Propane Dehydrogenation and Acetylene Semihydrogenation, ACS Catal. 2022, 12, 10531–10545

DOI: 10.1021/acscatal.2c00642

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c00642